有效场论在BESIII重子-反重子谱研究中的应用

Recently there has been great achievement on the study of baryon-antibaryon spectrum at BESIII collaboration. Especially the new resonances and the searching for physics beyond standard model are rather important. Based on baryon chiral effective field theory, combing with other technics of amplitude analysis, we can build the amplitudes which satisfy the most general principles of quantum field theory. This is the basis of analyzing the hadron spectrum. Firstly we apply these methods to analyze the scattering processes of baryon-anti-baryons. We obtain the partial wave amplitudes and study the resonances appearing as the intermediate states. Secondly, based on amplitudes obtained above, Final state interaction theorem, distorted-wave Born approximation and effective field theory, we will study the processes with final states of baryon-anti-baryons. The precisely determined amplitude is helpful to study hadron spectrum and the intermediate new resonances. The particles may behave differently in light-hadron spectrum, we will study and compare them with those of the baryon-antibaryon spectrum. Thirdly, our method, built on the effective field theory, will also be used to study the baryon decays with the electromagnetic form factors. Our analysis will give suggests to experiment, and vice versa. This project is important for us to get deeper understanding on the methods of non-perturbation QCD, precise analysis of new resonances and the comprehensive combined analysis of theory and experiment on hadron spectrum (especially baryon-antibaryon spectrum).

近年北京谱仪在重子-反重子谱研究中取得很大进展。其中新共振态以及超出标准模型的物理探索是重点。我们在重子手征有效场论基础上，通过与其他振幅分析技术结合，建立起满足最一般量子场论基本原理的振幅，这是分析强子谱的关键。首先我们将这套方法用重子-反重子等多道散射过程，得到分波振幅并研究其中的共振态。在此基础上，我们基于末态相互作用定理、扭曲波恩近似方法、有效场论等技术等进一步分析一系列含重子-反重子末态的物理过程，并依此振幅研究强子谱以及其中出现的强子尤其是新共振态的性质。这些粒子在轻强子谱中的表现不完全一致，我们也会研究并两相对照。另外，基于有效场论，我们可以对重子的电磁形状因子等进行研究。基于这些分析我们可以对实验提供建议，并互相促进。本项目对非微扰QCD方法的探索，新共振态的精确分析，以及理论与实验在强子谱分尤其重子-反重子谱分析上的深度融合有重要意。

有效场论是对QCD在非微扰区间的一个拓展，在强子物理研究重起到了重要的作用。BESIII在这一区间有大量的物理测量，尤其是最近在正负电子湮灭到轻赝标量介子的过程，以及湮灭到重子反重子的过程，以及涉及到重子-反重子中间过程的J/Ψ衰变的过程中，做了大量高精度的测量。本项目采用有效场论，包括重子手征有效场论，QCD因子化等，针对BESIII涉及的物理做了大量有益的研究。在结合了重子手征有效场论于Lippmann-Schwinger方程等方法，我们能够描述正负电子湮灭到核子反核子对的截面与微分截面，进而抽取了核子、超子的电磁形状因子。在这个基础上，我们提出了类时区间核子电磁形状因子的分数振荡模型，它揭示了核子类时电磁形状因子的物理意义：是硬光子诱导的核子真空极化的高阶效应。我们的模型也解释了质子、中子核子电磁形状因子的相位差的起源——核子内部极化不同造成。我们也对超子电磁形状因子做了系统研究。不限于此，本项目还研究了J/Ψ辐射衰变过程中的核子-反核子阈值附近共振结构的起源，发现它们并不是来自于共振态，而是来自于阈值效应。这些重子-反重子谱的分波研究方法还被推广到研究J/ΨJ/Ψ多道散射，进而研究了X6900的性质，发现它倾向于一个四夸克态。我们也结合共振态手征有效场论与末态相互作用方法，研究了其他J/Ψ辐射衰变的不变质量谱，探讨了X2370的性质，发现它倾向于正反夸克对束缚态。这一套方法也应用于BESIII的正负电子湮灭到多体轻赝标量介子末态的过程，进而计算了它们对缪子反常磁矩g-2的强子真空极化部分领头阶的贡献。将之与τ衰变过程对比研究，发现二者的偏差并不能用重的新物理来补偿。我们还将手征有效场论与S-矩阵理论相结合，研究了J/Ψp-DΣc-D*Σc、DD*-DDπ等耦合道散射效应，并研究了其中的Pc与Tcc等多夸克态候选者。我们也用QCD因子化等研究了B、D介子的两体三体半轻衰变等。本项目研究表明末态相互作用+有效场论是研究强子物理的强大工具，本项目的成果将为BESIII关于核子-反核子相互作用，τ衰变等未来物理的进一步探讨提供理论依据。