用强子圈机制研究重夸克偶素的强子跃迁

用强子圈机制研究重夸克偶素的强子跃迁

论文摘要

在近十几年间,各大高能物理实验组在研究高激发态重夸克偶素的隐粲(底)衰变时发现了大量的反常现象。例如,Belle实验组在研究T(5S0的衰变时发现,其隐底衰变过程的衰变分支比都在10-3数量级。又例如,Belle和BESⅢ实验组宣布发现了一系列带电类底夸克偶素态Zb(10610)、Zb(10650)和带电类粲夸克偶素态Zc(3885)、Zc(3900)、Zc(4020)、Ze(4025)。以上这些反常的实验现象全都反映着,在高激发态重夸克偶素的隐粲(底)衰变中,强子圈机制扮演着十分重要的作用。因此,本论文运用强子圈机制继续对高激发态重夸克偶素的隐粲(底)衰变作了一系列的研究。研究内容包括:T(6S)的隐底衰变、Υ(2D)和T(3D)的产生以及利用ISPE(Initial Single Pion Emission)机制对BESⅢ实验组在e+e-Ψ(3686)π+π-过程的分(3686)π±不变质量谱上发现的带电结构作出解释。由于计算强子圈图需要用到有效拉氏量方法,所以本文首先介绍了有效场理论。其中包括如下几个方面:有效场理论的基本思想、重夸克对称性、手征对称性和非相对论性量子色动力学。然后基于重夸克对称性、手征对称性和非相对论性量子色动力学,构造描述重轻介子系统和轻介子之间的相互作用以及描述重夸克偶素和重轻介子之间的相互作用的有效拉氏量的一般方法得到了阐述。鉴于BelleⅡ实验已经投入运行,而目前粒子数据表上关于Υ(6S)的实验信息又十分匮乏,所以针对T(6S)开展一系列的研究是十分必要的。于是,应用强子圈机制,本文接着考察了T(65)→XbJ(?)T(6S)→T(nS)η(’)和Υ(6S)→T(1D)η(’)衰变过程。最终的理论计算结果不仅给出了以上过程的衰变分宽度,还给出了以上衰变过程的不依赖于形状因子中的参数CαΛ的分支比之间的比值。在对理论结果进行分析后,我们认为未来以BelleⅡ为代表的实验一定能够观测到T(6S)→XbJ(?)、T(6S)→XbJ、T(6S)→Υ(nS)η(’)#和Υ(6S)→Υ(1D)η(’)这四个过程,而这会使得T(11020)的性质可以被更加全面和深入的理解。同时,衰变分支比之间的比值的稳定性能够帮助实验更好的检验强子圈机制。值得一提的是,在2018年,Belle实验组宣布观测到了T(6S)→XbJ4 和Υ(6S)→XbJ 衰变过程,其实验测量结果和我们的理论预言符合得很好。然后,本文探讨了在BelleⅡ实验上发现Υ(2D)和T(3D)的可能性。通过阅读BelleII实验白皮书,我们认为BelleⅡ实验可以通过扫描Υ(6S)的ππ丢失质量谱来寻找T(2D),以及通过扫描e+e→(1P)η和e+e-→T(LS)η这两个过程的散射截面寻找T(3D)。于是,考虑到T(6S)及T(3D)粒子的质量在BB阈值之上,强子圈机制被应用于考察了T(6S)→T(LD)ππ、T(6S)→Υ(2D)ππ、Υ(33DJ)→hb(1P)η以及T(33DJ)→Υ(1S)η衰变过程。计算结果显示,BelleII实验可以通过扫描质心能量(?)s~mΥ(6s)时的ππt丢失质量谱来寻找Υ(2D),并且BelleII实验可以通过扫描e+e →hb(1P)η和e+e-→Υ(1S)η过程的散射截面寻找T(33D1)以及通过扫描e+e-→Υ(LS)η过程的散射截面寻找T(33D2)。而对于Υ(33D3),实验需另寻他法。最后,利用包含ISPE机制的拟合模型,本文对BESⅢ实验组给出的e+e-→Ψ(3686)π+π-过程的散射截面和位于6个不同能量点的π(3686)π±以及π+π-不变质量谱作了一次联合拟合。拟合结果显示,在不引入任何带电类粲偶素共振态的情况下,仅仅一套拟合参数就能够较好地重现出e+e→Ψ(3686)π+π-过程的散射截面以及所有的Ψ(3686)π一以及π+π-不变质量谱,尤其是,质量位于4.032 GeV附近的带电增长结构能够被很好地重现。因此,ISPE机制可以导致位于妙(3686)π±不变质量谱的带电增长结构的产生。总之,利用强子圈机制,本文不仅对重夸克偶素的衰变和产生进行了考察,还对带电类重夸克偶素作出了研究。如果未来的实验能够对我们的结果进行检验,那么强子圈机制在强子跃迁过程中所扮演的角色将会被更加深入地认识。

论文目录

  • 中文摘要
  • Abstract
  • 第一章 引言
  •   1.1 楔子
  •   1.2 描述重夸克偶素质量谱的势模型
  •   1.3 重夸克偶素辐射衰变、湮灭过程和轻强子跃迁
  •   1.4 OZI规则与重夸克偶素的显粲(底)衰变
  •   1.5 高激发态重夸克偶素衰变中的反常实验现象Ⅰ
  •   1.6 高激发态重夸克偶素衰变中的反常实验现象Ⅱ
  •   1.7 用强子圈机制解释重夸克偶素跃迁的反常分支比
  •   1.8 用强子圈机制解释带电类粲偶素和带电类底偶素
  •   1.9 本文的研究动机和研究内容
  • 第二章 重味强子的唯象动力学
  •   2.1 量子色动力学的基本特性
  •   2.2 有效场理论简介
  •   2.3 手征对称性
  •   2.4 手征对称性的自发破缺与Goldstone定理
  •   2.5 重夸克对称性
  •   2.6 非相对论性量子色动力学的对称性
  •   2.7 重介子手征有效理论
  •   2.8 重夸克偶素与重轻介子的相互作用
  • 第三章 用强子圈机制研究Υ(6S)的隐底衰变
  •   3.1 研究动机
  • bJΦ和Υ(6S)→χbJω这两个隐底衰变过程的研究'>  3.2 对Υ(6S)→χbJΦ和Υ(6S)→χbJω这两个隐底衰变过程的研究
  • bJΦ和Υ(6S)→χbJω跃迁过程'>    3.2.1 带有中间强子圈的Υ(6S)→χbJΦ和Υ(6S)→χbJω跃迁过程
  •     3.2.2 数值结果
  •     3.2.3 小结
  •     3.2.4 实验验证
  • J)η跃迁过程的潜力'>  3.3 探讨BelleⅡ实验发现Υ(6S)→Υ(13DJ)η跃迁过程的潜力
  • 3DJ)跃迁'>    3.3.1 强子圈机制作用下的Υ(6S)→Υ(13DJ)跃迁
  •     3.3.2 输入参数
  • 3DJ)η过程的衰变分支比'>    3.3.3 计算Υ(6S)→Υ(13DJ)η过程的衰变分支比
  •     3.3.4 小结
  • (')衰变模式'>  3.4 研究Υ(6S)的T(nS)η(')衰变模式
  • (')衰变率的计算'>    3.4.1 对Υ(6S)→Υ(nS)η(')衰变率的计算
  •     3.4.2 数值结果
  •     3.4.3 讨论和小结
  •   3.5 本章小结
  • 第四章 对在BelleⅡ实验上寻找Υ(2D)和Υ(3D)粒子的可能性的探讨
  •   4.1 研究动机
  •   4.2 在Υ(6S)的ππ丢失质量谱中寻找Υ(2D)
  • -过程的衰变率的计算'>    4.2.1 对Υ(6S)→Υ(2D)π+π-过程的衰变率的计算
  •     4.2.2 输入参数
  •     4.2.3 数值结果
  •   4.3 对适合于实验寻找Υ(3D)粒子的衰变道的挑选
  •     4.3.1 对Υ(3D)→Υ(1S)η及Υ(3D)→hb(1P)η过程的衰变率的计算
  •     4.3.2 输入参数
  •     4.3.3 数值结果
  •   4.4 讨论与小结
  • +e-→Ψ(2S)π+π-过程的Ψ(2S)π±不变质量谱中发现的带电结构的解释'>第五章 对BESⅢ在e+e-→Ψ(2S)π+π-过程的Ψ(2S)π±不变质量谱中发现的带电结构的解释
  •   5.1 研究动机
  • +e-Ψ(3686)π+π-散射过程的模型'>  5.2 拟合e+e-Ψ(3686)π+π-散射过程的模型
  • ±不变质量谱中的增长结构的重现'>  5.3 对BESⅢ实验组测量得到的实验数据的联合拟合以及对出现在Ψ(3686)π±不变质量谱中的增长结构的重现
  •   5.4 本章小结
  • 第六章 总结与展望
  • 附录A 自旋为整数的粒子的自旋波函数
  •   A.1 自旋为1的粒子的自旋波函数
  •   A.2 自旋为n的粒子的白旋波函数
  • 附录B 散射过程的参数化
  •   B.1 1体到2体衰变过程的参数化
  •   B.2 1体到3体衰变过程的参数化
  •   B.3 2体到3体散射过程的参数化—欧拉角方法及坐标变换
  • 附录C 衰变振幅与费曼规则
  • bJΦ和Υ(6S)→χbJω过程的衰变振幅'>  C.1 Υ(6S)→χbJΦ和Υ(6S)→χbJω过程的衰变振幅
  •   C.2 描述相互作用顶点的费曼规则
  • b(1P)η过程的费曼图'>  C.3 描述Υ(3D)→Υ(1S)η以及Υ(3D)→hb(1P)η过程的费曼图
  •   C.4 书写描述ISPE机制的跃迁振幅的方法
  • 参考文献
  • 在学期间的研究成果
  • 致谢
  • 文章来源

    类型: 博士论文

    作者: 黄琦

    导师: 刘翔

    关键词: 高激发态重夸克偶素,有效拉氏量,强子圈机制,机制

    来源: 兰州大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学

    专业: 物理学

    单位: 兰州大学

    分类号: O572.33

    总页数: 205

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