夸克偶素及新强子态研究

Quantum Chromodynamics(QCD) is the correct theory of strong interaction. So far, our knowledge about this theory is quite limited, and it is still in development. The study on quarkonium physics helps not only to the understanding of the quarkonium characters, but also people's insight on perturbative and non-perturbative natures of QCD. Though Quarkonium physics has experienced great progress in past twenty years, there are still many open questions, like "ρ-π" puzzle and quarkonium production mechanism, etc. Moreover, it is well-known that almost all the observed hadrons can be understood as two- and three-quark composites, i.e., meson and baryon. However, in principle the QCD does not exclude multiquark states, hybrids and glueballs. Therefore, search and investigate these states are meaningful very much to the development of QCD and the theory of resonance. In this project we will focus on the study of the quarkonium and new hadronic states, and it is expected in the end to make notable progresses in these two aspects.

量子色动力学是描述强相互作用的基本理论，目前人类对它的认识和了解还很有限，还在发展变化之中。夸克偶素研究的意义不仅在于理解夸克偶素的物理性质，而且对认识和了解量子色动力学的微扰及非微扰性质也很有帮助。虽然过去二十年中，有关夸克偶素的研究取得了长足的进展，但仍有许多有重要问题没有解决，如所谓的"ρ-π"疑难，如夸克偶素的产生机制等问题。另外，我们知道目前已观测到的几乎所有强子均可解释为由2个或3个夸克组成的强子态，即介子和重子，而量子色动力学理论原则上允许多有夸克态、混杂态和胶球等新型强子态的存在。因此，研究和寻找多夸克态、混杂态和胶子球对检验和发展量子色动力学以及共振态理论具有重要意义。本项目拟就夸克偶素及新强子态研究中的具体问题开展深入研究，预期将在这两方面的研究中取得若干有较大影响的成果。

在本项目研究中我们主要在如下几个方面开展了工作，并取得了成果：..一、夸克偶素物理研究。在非相对论量子色动力学因子化理论框架下，我们研究了Bc介子到J/ψ+轻强子和Bc到ηc+轻强子过程的QCD次领头阶效应，发现次领头阶修正较大，会很大程度上减少理论计算的不确定性。我们还计算了χbj到双J/ψ过程的QCD次领头阶修正，发现此过程可以在LHCb或super-KEK实验中测量到。完成了Bc介子纯轻衰变的QCD次次领头阶（双圈）计算，这对精确了解Bc介子的性质具有重要意义。这个工作是目前（发表之前）我国粒子物理学家在国内完成的，第一个完整的QCD双圈计算。我们还计算了正负电子对撞过程中ηc（ηb）+γ产生过程的QCD双圈修正，为BES和super-KEK实验未来测量这个过程给出了理论预言，我们给出了双圈修正积分的解析表达式，此类积分还可以应用到其他过程的双圈计算。..二、新强子态研究。利用QCD求和规则研究分析了最近高能实验中发现的Zc(4025)，Zc(3900)，X(5568)等新奇特强子态的性质，计算了DsDs分子态的能谱，并分析了这个奇特强子态的性质。我们通过计算提出最近在D0实验数据中发现的有可能就是带四种味道的四夸克态（bsdu），并给出了csdu四夸克态的质量范围。通过构造具有奇特量子数，亦即与普通强子态没有混合的胶子流，我们利用量子色动力学求和规则（QCD Sum Rules）计算发现，应该存在两个质量分别为3.81GeV和4.33GeV的0- -胶子球。指出在目前及即将运行的高能实验装置上非常可能找到它们的信号。我们还首次计算了0+-，1+-和2+-三种奇特态胶球态的能谱，分析了它们的性质。..三、量子基本性质研究。我们针对目前理论物理研究中的热点方向，作为对这个项目的补充，开展了量子理论基本问题研究。在纠缠态分类和量子不确定关系等方面取得了一些有趣的结果。