基于手征有效场论的相关强子物理唯象学研究

Chiral dynamics of the hadrons in the low energy region is an important subject in the contemporary hadron physics. Large amount of pertinent experimental data are accumulated in domestic and international science facilities, such as the Beijing electron and positron collider. To systematically analyze these data from the theoretical point of view is definitely helpful to better understand the structures and properties of pertinent hadrons. Within the framework of chiral effective field theory (EFT) of QCD, we will systematically study the hadron dynamics in different processes. For the eta and eta’ mesons, we will analyze the data both from experiments and lattice simulations within the framework of U(3) chiral theory to further study their mixing and decays. In the semi-leptonic and radiative tau decays, we first systematically calculate the strong interactions of the light hadrons from these decay processes and then discuss the phenomenology of lepton number violation, CP violation and the heavy neutrinos. Through the processes of electron and positron annihilation to pi pi J/Psi and hc, we will study the final state interactions of the pi-pi system and the properties and structures of the exotic Zc particles. We will study the D meson decays and Ds0(2317) by combining chiral EFT and unitariy, in order to further unravel the decay mechanism of D meson and the structure of Ds0(2317). Our results are expected to provide useful advice to our experimental colleagues for future measurements and to improve our understanding of the nonperturbative quantum field theory.

低能量区域的强子手征动力学是强子物理的重要研究方向。目前国内外大型实验装置，如北京正负电子对撞机等，积累了海量的相关强子实验数据，对这些数据进行系统理论分析有助于深入理解相关强子的结构和性质。我们将在量子色动力学的手征有效场论框架内，对不同过程的强子动力学进行系统研究。借助eta和eta'的实验数据和格点结果以及U(3)手征场论，探讨它们的混合与衰变机理。在系统计算tau衰变中的轻强子末态作用基础之上，研究该类过程中的轻子数不守恒、CP破坏和较重的中微子等现象。通过正负电子湮灭到 pi pi J/Psi 和hc等过程，探讨pi-pi末态相互作用和Zc粒子的性质及其产生的机制等。利用手征有效场论和幺正性研究D介子衰变和Ds0(2317)粒子，进一步澄清D介子的衰变机制和Ds0(2317)的性质。本项目研究成果可以为将来的实验观测提供有价值的参考，同时也希望在理论上加深对非微扰量子场论的理解。

强子物理及其唯象学是研究量子色动力学非微扰效应的一个至关重要的领域。手征微扰理论是基于量子色动力学手征对称性而构建的低能有效场论，为研究强子物理，尤其是含有轻味赝标介子参与的物理过程，提供了系统可靠的理论方法。本项目基于手征有效场论、有效力程展开等理论工具，对若干重要前沿的强子物理唯象学开展了深入的研究，相关研究成果已经发表于本领域有影响力的重要学术期刊。具体包括：1)基于U(3)手征微扰论，对轻味赝标介子的质量、衰变常数以及eta-eta’混合进行次次领头阶研究，同时计算有限温度效应对轻赝标介子质量和eta-eta’混合参数的影响，进一步揭示手征对称性和QCD U(1)反常在有温度存在时的可能恢复机制；2）利用幺正的领头阶U(3)手征理论，对轻味标量共振态sigma、f0(980)、kappa、a0(980)等展开深入研究，引入有限温度效应，计算这些标量共振态的热力学性质，进一步澄清手征对称性恢复和有限温度下的标量共振谱学之间的联系；3)基于手征有效场论，引进有限体积效应，深入分析与a0(980)和标量粲介子共振态相关的格点QCD有限体积能级和格点散射长度，预言相应的物理散射相移和非弹性散射系数，抽取共振态的物理性质，为格点QCD提供可靠的理论分析工具；4）推广Weinberg计算束缚态复合系数(compositeness)的方法，使之可以适用于共振态粒子，同时结合有效力程展开和推广的共振态复合系数关系式，广泛深入地研究了大量近阈重味奇特强子态，包含四夸克态候选者Zb(10610)、Zb(10650)、Zc(3900)以及五夸克态候选者Pc(4312)、Pc(4440)、Pc(4457)等，并且定量计算分析它们的可能内部结构。项目的一系列研究成果，进一步加深了我们对QCD非微扰动力学的理解，给格点QCD提供可靠实用的理论工具，为将来的实验观测提供有价值的理论参考。