基于JLab/CLAS上核子激发态的理论研究

Excited nucleon states are important research contents in hadron physics and are important area for testing the dynamical characters of QCD in non-perturbative region. In recent years, the JLab/CLAS Collaboration has obtained amount high-precision data for photoproduction of pseudo-scalar mesons, and moreover, their research plan for investigating the electro-production of pseudo-scalar mesons will launch soon as one of the JLab 12 GeV upgrading programs. Theoretical analysis for these huge amounts of data is needed to extract information of the corresponding excited nucleon states. The dynamical coupled-channels approach is one of the most sophisticated tools for studying the excited nucleon states, as it obeys the basic constraints of the S-matrix such as analyticity and unitarity. In this project, following the experimental status of JLab/CLAS, we plan to perform a theoretical study of the photoproduction of pi, eta and K mesons and electro-production of pi meson within a dynamical coupled-channels approach containing pi-N, eta-N, pi-Delta, sigma-N, rho-N, K-Lambda, K-Sigma and gamma-N reaction channels. Our aim is to understand the reaction mechanisms of these reactions, to extract the parameters of excited nucleon states in these reactions, and to study the structure and dynamical origin of the corresponding excited nucleon states.

核子激发态是强作用物理的重要研究内容，是探讨非微扰能区QCD动力学特性的重要场所。近些年JLab/CLAS合作组已获取了大量的关于赝标介子光生反应的高精度实验数据，他们关于测量赝标介子电生反应的研究计划作为JLab 12 GeV升级改造项目之一很快也将开始实施。这些大量的实验数据亟需从理论上进行分析，以期提取出相应核子激发态的信息。动力学耦合道方法满足S矩阵的解析性和幺正性等基本要求，是研究核子激发态的相当成熟和先进的理论方法。本项目拟紧跟JLab/CLAS实验动态，从理论上用包含pi-N、eta-N、pi-Delta、sigma-N、rho-N、K-Lambda、K-Sigma和gamma-N反应道在内的动力学耦合道方法重点研究pi、eta和K介子的光生以及pi介子的电生等反应，目的是理解这些反应的反应机制、提取这些反应中核子激发态的参数、探讨相关核子激发态的结构及其动力学来源。

核子激发态和双重子态是强作用物理的重要研究内容，是探讨非微扰能区QCD动力学特性的重要场所。近些年，JLab/CLAS合作组已获取了大量的关于赝标介子及矢量介子光生反应的高精度实验数据，这些数据亟需从理论上进行分析，以期阐明这些反应的动力学机制，并提取出相应核子激发态的信息；WASA-at-COSY合作组也在数个两pion产生反应中报道了d*(2380)共振态，其反常的窄宽度特性表明该共振态具有不寻常结构，需要从理论上予以解释。本项目研究了K*和omega介子的光生反应，以及d*(2380)的结构和衰变性质。主要研究成果包括：（1）得到了迄今为止对K*Lambda和K*Sigma光生反应实验数据最好的理论描述，经分析后发现在K*Lambda光生反应中N(2060)5/2-共振态对阈附近微分截面的结构起主要作用，在K*+Sigma0反应中，Delta(1905)5/2+共振态的贡献起主要作用，此外，在阈附近Delta(1232)有较大贡献，在高能部分t道K*介子交换有较大贡献，在K*0Sigma+光生反应中，微分截面的角分布在前角部分主要由t道K交换主导，在后角部分主要由u道Sigma*交换主导；（2）分析了JLab/CLAS合作组最新的关于omega光生反应中Sigma，E，T，P，F，H等自旋观测量以及自旋密度矩阵的高精度的实验数据，通过引入N(1520)3/2-, N(1700)3/2-, N(1720)3/2+, N(1860)5/2+, N(1875)3/2-, N(1895)1/2-, N(2060)5/2-等共振态的贡献，得到了与实验值相符的理论结果，在此基础上提取出了这些共振态的参数；（3）动力学地研究了DeltaDelta及隐色道的相互作用，提取了d*的波函数，经分析认为该共振态是以六夸克态为主的奇特态，其中隐色道成分约占2/3，用这个图像计算得到的束缚能与到各个道的衰变分宽度与实验值相符，这是国际上能同时解释d*(2380)的质量和宽度的少有的理论工作之一；（4）在手征夸克模型中动力学地研究了NN相互作用，首次对八重态和十重态重子的能量、氘核的结合能以及NN散射的实验数据给出了自恰的描述，解决了以往在夸克模型中研究重子—重子相互作用时单个重子的波函数不是给定哈密顿量的解这一不自恰问题。