多夸克态产生和衰变过程的模型研究

Multiquark system is an important topic in hadron physics. As a new form of the strong interacting matter, it can provide more color information of strong interaction due to its having abundant color structures. So the multiquark system is indispensable for revealing the structures of hadron and understanding the behavior of strong interaction in the low energy range. Recently, many experimental collaborations reported the discovery of many new hadrons, which are difficult to explain as ordinary hadrons. The prevailing explanation of the new hadrons is multquark states. For instance, WASA@COSY Collaboration claimed the existence of dibaryon d* and LHCb Collaboration reported two pentaquark candidates, JLab will carry on a high-impact experiment to confirm these two excited nucleon states. The goal of the present proposal is first to study the structure and properties of pentaquarks and hexaquarks in the framework of quark model by using Gaussian expansion method, a high precision method for few-body system. Then, we calculate the corresponding hadron-hadron scattering processes to locate the energies and decay widths of the possible multiquark states. Finally, we investigate the production processeses, and to find best detecting channel for detecting the multiquark states with combining the properties of detector, the production rate are estimated and the complete Monte Carlo simulation are performed to analyze the feasibility of the experiment. Our work will provide necessary information for the experimental searching of multiquark states

多夸克体系是强子物理的一个重要研究领域，作为强作用物质的一种新的存在形式，具有丰富的颜色结构，可以为人们提供更多强相互作用的颜色信息，对揭示强子结构和理解低能强相互作用性质都具有不可替代的价值。近年来各大国际实验合作组报道了众多新强子态，多夸克态是其中的一种主要解释。例如WASA实验组发现六夸克态d*和LHCb实验组报道了两个五夸克态候选者，JLab计划对这两个五夸克态进行实验确认并将之列为重大影响实验。本项目计划在夸克模型框架下，利用精确的少体问题计算方法：多高斯展开方法对多夸克态的结构和性质进行计算，我们重点研究五、六夸克态的产生和衰变过程，对多夸克态相关的强子-强子道进行散射计算，通过散射性质确定多夸克态的能量和衰变宽度，并结合实验探测器的特性，估算信号产生率，寻找实验探测的最佳衰变道，并通过完整的蒙特卡洛模拟来分析实验的可行性，为实验寻找多夸克态提供具体的理论指导。

近年来随着LHC，BESIII，BELLE2等实验的持续运行，新的强子态不断被发现，其中大部分难以用传统的三夸克和夸克-反夸克系统来解释，被称为奇特态。理论上提出了各种各样的解释，多夸克态是其中的一种主要解释。开展多夸克态的产生与衰变研究是本项目的主要目标。由于奇特态大多都是共振态，在强相互作用下会衰变。要研究其性质，多道耦合是不可少的。在理论计算中，都采用有限空间大小，因此束缚态，共振态和连续态都呈现为分立的态。对于共振态，在与开道耦合后，其能量和连续态一样都会随着空间大小的改变而改变。研究中如何确定共振态是一个急需解决的问题。本项目采用三种研究方法来寻找真实的共振态。一是通过计算强子-强子的散射相移，寻找相移发生跃变的行为；二是采用实标度方法，通过改变空间标度，寻找不断重复的免交叉结构；三是采用复标度方法，将系统的哈密顿量中空间坐标变成复数，得到体系的能谱，在复平面上寻找不随辐角变化而改变的点。我们采用手征夸克模型，夸克蜕定域色屏蔽模型，色流管模型、非淬火夸克模型等，结合共振群方法，多高斯展开方法，以及实标度方法和复标度方法对三夸克、四夸克、五夸克和六夸克系统进行计算，得到了一些与实验数据一致的结果，预言了一些可能的多夸克态。部分重要结果如下：1. 受2015年LHCb报道的五夸克态Pc的启发，我们全面搜索了相关的五夸克态，提出了存在JP=1/2-的五夸克态Pc（4312），在能量4450 MeV附近存在两个五夸克态，形成双峰结构，研究结果在2019年LHCb更新的实验中得到了验证。2. 发展了非淬火夸克模型。我们根据夸克对产生的动力学过程，在二夸克到四夸克的跃迁算符中引入了两个收敛因子，保证了价夸克模型作为描述基态强子的零级近似的合理性。对于轻介子的基态，非淬火夸克得到了与价夸克模型一致的结果，应用于奇特态X(3872)，Ds（2317）等，得到了与实验一致的结果。