色流管结构及其混合效应和奇特强子态的研究

The color flux-tube structures of ordinary baryons and mesons are unique. However, multi-quark systems have abundance of color flux-tube structures,which determines their color configurations. The structures and the mixing of them affect the inter- mediate- and short-range behaviors of the multi-quark systems. The recent calculati- ons of lattice QCD show that the multi-body interactions play an important role in the multi-quark systems. The traditional constituent quark models with two-body interactions only are hard to describe the properties of the multi-quark systems. In the framework of a color flux-tube model with a multi-body confinement potential, the multi-quark systems are studied in this project. By considering all the possible color flux-tube structures and their mixing effects,baryon-baryon (antibaryon) sca- ttering phase shifts and the spectrum, production rate and decay width of the multi- quark systems are calculated. Comparing with experimental data, the model will be validated. On the basis of the sound explanation of experimental data, the new hadron states, which are difficult to be explained in the traditional constituent quark models, are tried to be described as multi-quark systems in the flux-tube model.Fur- ther, more possible multi-quark states are searched. The project will help us to improve the constituent quark models and to deepen our understanding of the struc- tures of hadrons and the interactions between hadrons. Our study will benefit the experimental research of exotic hadrons.

普通重子和介子的色流管结构单一，多夸克系统具有丰富的色流管结构，色流管结构决定了多夸克系统的颜色组态，色流管结构及其混合效应对多夸克系统的中短程行为有重要的影响。近年来格点量子色动力学的计算表明多夸克系统中存在多体相互作用，仅具有两体相互作用的传统组分夸克模型难以描述多夸克系统的性质，本项目将在含有多体囚禁势的色流管模型的框架下，开展多夸克系统的研究。考虑可能出现的色流管结构，构造不同色流管结构间的跃迁相互作用，研究色流管结构的混合效应，计算重子-重子（反重子）的散射相移和多夸克系统的能谱、产生截面和衰变宽度，并与实验数据进行比较，检验模型的有效性，尝试解释传统组分夸克模型难以解释的新强子态，搜寻可能存在的多夸克系统。通过此项目的研究将进一步发展组分夸克模型，深化对强子结构和强相互作用的认识，为国内外重大科学装置上的相关实验提供理论解释和指导。

量子色动力学是描述夸克、胶子相互作用和强子结构的基本理论。忽略胶子和海夸克对，传统强子由一个价夸克和一个反价夸克(介子)或者三个价夸克(重子)组成。超出传统强子的奇特强子态比传统强子态可能包含更多的低能相互作用信息，所以寻找奇特强子态一直是强子物理的热门研究课题。在过去的十多年中，世界各大实验室发现了许多被标记为X，Y和Z的新强子态，其中的一些态不能容纳入传统的强子图像。这些新强子态的发现丰富了我们对奇特强子世界的认识，为我们探索在多夸克系统和强子-强子相互作用中扮演重要角色的强相互作用基本自由度提供了一次很好的机会。在含有多体囚禁势的色流管模型的框架下，我们系统的研究了新强子态。项目研究表明新强子态X(1835)，X(2370)，Y(2175)，Y(4360)及Yb(10890)可以分别解释为基态N\bar{N}，Delta\bar{Delta}，Lambda\bar{Lambda}，Lambda_c\bar{Lambda_c}和Lambda_b\bar{Lambda_b}重子-反重子束缚态；带电的charmoniumlike新强子态Zc(3900)或者Zc(3885)，Zc(3930)，Zc(4020)或者Zc(4025)，Zc(4050)，Zc(4250)和Zc(4200)可以分别解释成量子n^{2S+1}L_J和IJ^P为1^3S_1和11^+，2^3S_1和11^+，1^5S_2和12^+，1^3P_1和11^-，1^5D_1和11^+，1^3D_1和11^+的四夸克态[cu][\bar{cd}]；新强子态Y(4008)，Y(4140)，Y(4260)和Y(4360)可以分别解释成量子n^{2S+1}L_J和IJ^PC为1^1P_1和01^--，1^5P_1和01^--，2^5S_2和02^--，1^5F_1和01^--的四夸克态[cq][\bar{cq}]；对于五夸克系统，我们提出了一种新奇的颜色结构：五边形结构；实验上最近发现的Pc(4380)可以解释成量子数为J^P=3/2^-和五边形颜色结构的五夸克态uudc\bar{c}。对新强子态的系统研究表明，基于色流管图像的多体囚禁势是多夸克系统形成的动力学机制，作为集体自由度，在致密多夸克态的形成过程中扮演着十分重要的角色。