应用拓展夸克模型研究强子中的多夸克成分

Recent years, some experimental and theoretical studies indicate that contributions of five-quark components in baryons to the baryons' properties are significant; the observation of two pentaquark states with charm quark-antiquark pairs by LHCb collaboration in 2015 is also a experimental support for the predictions concerning baryon excitations of our extended constituent quark model. However, up to now, the mechanism for quark-antiquark pair creation in baryons is still undetermined. Consequently, in present project, we aim at making further developments on the extended constituent quark model of baryons, establish reasonable dynamical mechanism including the hyperfine interactions between quarks, confinement potential of quarks and quark-antiquark pair creation mechanism for the model, and employ the model to systematically study the five-quark components in baryons; moreover, we will extend our model to studies of meson states, which includes investigations on the spectrum, decays of the traditional mesons, and the structure of meson exotic states, in this way, we hope to establish a more complete extended constituent quark model for hadrons; on the other hand, to refine our model, we will study properties of some baryon excitations using the isobar model, and compare the results to those predicted by quark model. These investigations will help us deepen our understanding on hadron structure and QCD.

近些年来，一些实验、理论研究表明，重子中的五夸克成分对重子性质的贡献是较为显著的；LHCb合作组于2015年发现的包含粲夸克、反粲夸克对的五夸克态，也验证了我们的拓展夸克模型关于重子激发态的预言。然而到目前为止，重子内部的夸克-反夸克对的产生机制仍然存在疑问。因此，在本项目中，我们旨在将已经初步建立的重子拓展夸克模型进一步发展，建立合理的，包含夸克超精细相互作用，夸克禁闭势，夸克-反夸克对产生机制等的动力学机制，并应用该模型系统地对重子中的五夸克成分进行研究；进一步地，我们期待能够将该模型扩展到对介子态的研究中，包括解释传统介子态的质量谱、衰变，以及介子奇特态的结构等问题，以期能够建立完整的强子拓展夸克模型；另外，我们计划应用共振态模型对一些重子激发态的性质进行研究，并将结果与夸克模型的结果对比，从而再次修正我们的模型。本项目将有助于加深我们对强子结构和QCD的理解。

本世纪初期以来，BES、Belle以及LHCb等国际合作组陆续发现了一些奇特强子态的候选者，这激起了强子物理学家的强烈研究热情，而奇特强子态的结构、产生及衰变，以及强子中的多夸克成分等问题便成为了强子物理中的一个重要研究方向。. 我们的研究内容主要涉及三个方面。第一，我们应用拓展组分夸克模型，初步研究了核子中的上、下、奇异、粲等味道的内禀海夸克成分。在研究过程中，我们应用3P0夸克-反夸克对产生机制，计算了高阶五夸克Fock态成分在核子波函数中的几率振幅，从而初步建立了包含多夸克成分的核子结构的唯象模型。进一步地，我们应用该唯象模型，研究了核子中的内禀海夸克的味道不对称性，核子中的夸克轨道角动量，核子的轴荷等问题，我们的部分研究结果与格点QCD、手征微扰论的理论预言是吻合得比较好的，这说明我们的唯象模型是较为合理的。第二，我们分析了近些年关于重子激发态的实验数据，发现一些重子激发态的性质并不是由原始的三夸克模型所能解释的。例如，2GeV附近的几个核子激发态，2017年LHCb合作组观测到的五个含粲Omega超子激发态等。因此，我们假设这些重子激发态的主要成分为五夸克重子奇特态，研究了这些重子激发态的能谱、衰变模式等。上述部分工作已引起了部分强子物理实验组的重视，强子物理理论组的共鸣，例如，部分国内、国外强子物理理论组也研究了含粲Omega超子激发态的结构、产生及衰变性质，并分析了它们作为介子-重子束缚态的可能性。第三，我们应用有效拉氏量方法，研究了部分粲夸克偶素的衰变、轻介子的光产生等问题，从而对一些强子态的结构做出了理论预言，例如，我们的研究结果表明，标量介子f0(1500)与光子有较强的耦合。期待我们的理论预言能够在未来的强子物理实验中得到检验。. 综上，在本项目的支持下，我们完成了十余项研究工作，部分结果已发表于主流期刊。诚然，我们的研究中仍然存在一些问题。如拓展夸克模型中的动力学机制的自洽性，相对论修正等，期待能够在未来的工作中解决这些问题。