胶球、粲夸克偶素和D介子性质的格点QCD数值模拟研究

结合BESIII物理，本项目将利用格点QCD数值模拟方法研究full QCD的胶球质量谱和D介子的衰变常数，并在淬火近似下研究粲夸克偶素之间的电磁跃迁宽度，研究J/psi和psi'辐射衰变到标量、张量和赝标量（纯）胶球的宽度，以及辐射衰变到轻介子的宽度，并在此基础上探讨胶球和普通介子的混合问题。

本项目利用格点QCD数值模拟方法研究粲偶素、D介子和胶球等的性质，基本按照原计划进行，并取得了一系列有意义的成果。. 胶球是QCD预言的奇特强子态，也是高能物理实验寻找的重要目标之一。我们在国际上首次利用格点QCD数值模拟方法直接计算了J/psi辐射衰变到标量和张量胶球的分支比分别为3.8(9)x10^(-3)和1.01x10^(-2)。这是迄今为止最为可靠的理论预言。我们的结果支持f0(1710)作为标量胶球的候选者，并且建议BESIII对J/psi辐射衰变到张量介子的事例进行系统分析以期对张量胶球存在与否给出确定结论。这两个预言分别发表在Phys. Rev. Lett. 上。. 我们对粲偶素之间的若干辐射跃迁进行了Nf=2的full-QCD格点数值模拟研究，所得结果和实验结果相容。我们还利用淬火近似下的格点QCD计算预言了了量子数为2-+的粲偶素的质量和它跃迁到J/psi的分宽度分别为3.79(3)GeV和3.8(9)keV，这个结果不支持X(3872)为2-+粲偶素。. 通过计算我们发现在非相对论一级近似下，1-+粲偶素态中的正反粲夸克有质心运动，这正是其作为混杂态的体现。我们进一步对1--粲偶素混杂态进行了研究，得到一个不同于通常粲偶素的态，质量为4.33(5)GeV；我们还首次预言了其轻子宽度为25(20)eV。如果这个态对应于X(4260)，则我们的结果和X(4260)的产生和衰变性质是相容的。. 我们利用RBC/UKQCD合作组产生的2+1味full-QCD的规范组态对粲偶素和Ds介子系统进行了系统计算，并提出了一个包括连续极限外推、手征外推和物理夸克质量内插为一体的全新的整体拟合方案。利用J/psi、Ds和Ds*的物理质量作为输入，我们定出Sommer标度参量r0=0.459(11)fm，并确定奇异夸克和粲夸克在MSbar方案下、在能标为2GeV时的流夸克质量分别为0.104(9)GeV和1.107(38) GeV。在此基础上我们预言1S粲偶素态的超精细劈裂为0.112(5)GeV，Ds的衰变常数f_Ds为253(5)MeV。我们对统计误差和可能的系统误差进行了全面细致的分析。