奇特强子态及XYZ粒子的格点QCD数值模拟研究

This project aims at the full-QCD lattice numerical study on exotic hadrons and XYZ particles based on the gauge configurations with dynamical quarks which will be genereated by the CLQCD collaboration. We will focus on the properties of X(3872), Y(4260) and Zc particles, which are also the major experimental topics of the BESIII Collaboration. In the hadron spectroscopic study, we will build large enough lattice operator sets including the quark bilinear operators and four quark operators, through which a relative complete spectrum of charmonium and charmonium-like states is expected to be achieved. We will try to identify XYZ particles and higher excited charmonium states from this spectrum. Subsequently, we will carry out calculations on the radiative transiton widths between charmonium or charmonium-like states, as well as the leptonic decay widths of Y(4260). We will also study the production rates.of light qqbar mesons in the J/psi radiative decays and make comparison with that of glueballs. This study can provide mure theoretical information for BESIII to identify glueball states form experiments.

本项目将基于中国格点合作组(CLQCD Collaboration)自主产生的包含动力学费米子的规范组态对奇特强子态和XYZ粒子进行格点QCD数值模拟研究。我们将紧密结合BESIII物理实验，重点就X(3872)、Y(4260)和系列Zc粒子的性质进行研究。从谱学研究方面，我们将构建包括夸克双线性型算符和四夸克算符在内的足够大的算符集合计算相对完整的粲偶素和类粲偶素谱，从而对XYZ粒子和粲偶素激发态等进行判定。在此基础上，我们将计算粲偶素及类粲偶素之间的辐射跃迁、Y(4260)的轻子衰变宽度等，并给出理论预言。我们还将在full-QCD框架下研究J/psi辐射衰变到轻qqbar介子的分支比并与胶球的辐射产率进行比较，为BESIII实验研究中判定胶球态提供更多的理论判据。

胶球、混杂态、多夸克态以及近年来陆续发现 XYZ 粒子的奇特性质更引起了人们的关注。本项目针对胶球、混杂态和 XYZ 粒子的性质进行格点QCD数值模拟研究，以期深入认识这些奇特强子态的性质，并为相关的实验研究提供理论信息。在胶球方面，本项目利用自主产生的Nf=2的规范组态计算了胶球质量谱，张量和赝标量胶球的质量分别为约 2.4 GeV 和约 2.6 GeV, 结果和此前淬火近似下的结果一致；我们还对标量胶球和普通qqbar介子的混合问题进行了初步探讨；我们在淬火近似下计算了J/psi辐射衰变到赝标量胶球的分支比约为2.31（90）x10^(-4)，这为BESIII寻找和确定赝标量胶球提供了新的判据。在XYZ粒子研究方面，针对Y(4260)作为粲偶素混杂态的可能性，我们计算了矢量粲偶素混杂态的轻子宽度的上限为40eV，这和BESIII实验测量的Y(4260)的衰变性质是相容的；我们还计算了1--和（0，1，2）^-+粲偶素混杂态的Bethe-Salpeter波函数，从而对它们的内部结构提出了一个全新的图像；我们也从强子-强子散射角度研究了Zc(3900)和Zc(4430)的相关性质。此外，我们首次在full-QCD格点理论框架下研究了质子的质量分解，其中夸克能量和胶子能量对核子质量的贡献分别为32(4)(4)% 和36(5)(4)%，QCD迹反常的贡献为23(1)(1)%，而流夸克质量的贡献为 9(2)(1)%。论文发表在Phys. Rev. Lett.上并被美国《物理》和《科学新闻》等专题介绍。我们还从新的角度研究了rho介子的性质，计算得到的rho介子质量和衰变常数与实验结果符合很好。