强子低能相互作用的耦合道效应

With the observation and confirmation of new exotic heavy quark hadrons, study of their possible structures and that of possible hadron-hadron bound states have been hot topics in theoretical physics. Because of the closeness of masses and thresholds, coupling effects among different channels may contribute significantly to the understanding of these problems. The effects still require systematic studies and understandings. In previous works, we studied possible heavy hadronic bound states and we found that the tensor force incured by higher states may play an important role in binding hadrons. In this project, we plan to analyse coupled channel effects in spectrum, scattering, and hadron production by using QCD consistent models at hadron-level. We mainly focus on heavy quark hadron systems. We are going to discuss the variations of hadron masses or binding energy of two hadrons, scattering phase shifts, and production cross sections due to channel couplings. The purposes of this research are: (1) to find features of those channels having important contributions, (2) to understand the abnormal experimental observations, (3) to get the information whether more exotic hadrons exist or not, and (4) to point out where to find them. The project may help deepen our understanding of the nature of strong interaction on the theoretical side. It is also intended to provide theoretical basis for experimental search for exotic resonances.

随着众多重夸克奇特新强子态的发现和逐渐被确认，研究它们的组成以及可能的强子-强子束缚态已经成为理论物理研究的热点问题，然而由于质量、阈值的相近，不同道之间的耦合效应可能对理解这些问题有重要影响，目前该效应尚需被系统的研究和认识。申请者在前期研究重夸克重子束缚态问题时发现，由质量较高的激发态导致的张量力对体系能否形成束缚态有重要贡献。本课题拟在强子层次上，采用与QCD相容的模型，对强子谱、散射和产生问题中存在的耦合道效应进行深入分析，研究主要集中在重夸克强子体系中。通过探讨耦合道效应对强子质量或强子-强子的束缚能、散射相移以及产生截面的影响，明确有重要贡献的道的特点，理解实验观测到的反常现象，获取更多奇特态存不存在的进一步信息，并指出可能的探寻方式。本研究对人们深入理解强相互作用规律及性质有重要的理论意义，为实验寻找奇特结构的共振态提供理论依据。

过去几年实验上新发现了一些性质奇特的很难用通常夸克模型来理解的介子和重子，这些新强子态的发现表明有更多的低能强相互作用性质值得去研究，比如耦合道效应。在项目资助期间，根据实验和理论的研究进展，利用强子层次上的单玻色子交换势模型、夸克层次上的单胶子交换势模型中的色磁相互作用，我们考察了强子分子态和紧凑多夸克态的质量谱，以及道耦合效应对质量谱的影响，还探讨了正负电子对撞实验上为什么没观测到双重夸克强子等问题，所取得的主要的创新性成果包括：(1) 发现了强子-反强子构成的S波分子态中的重夸克自旋选择定则；(2) 明确了电荷共轭宇称为C的强子-反强子构成的分子态的波函数和束缚其组分的介子交换势间的对应关系；(3) 耦合道效应通常有重要贡献，但对具有奇特JPC量子数的分子态的影响不大； (4) 对于Lambda_cN相互作用，由夸克交换引起的短程排斥力贡献不像预期的大，但对能否形成两体分子态有影响，初步研究表明Lambda_cNN三体束缚态有可能形成；(5) 如果在正负电子对撞实验上能找出3-jet事例，将有助于提高找到双重夸克强子(如Xi_cc，Tcc)的可能，这里的3-jet事例呈现出能量排序的特点，其中能量最大的jet才产生双重夸克强子；(6) 在国际上首次研究了能区分四夸克态和分子态的三重一轻夸克构成的四夸克体系；(7) 研究了一类隐含粲夸克的紧凑五夸克态体系，发现了比分子态更低质量的五夸克态；(8) 构造了手征微扰论中介子-重子相互作用的第四阶拉氏量，为进一步从模型无关的角度研究强子低能相互作用做了基础性工作。