多夸克体系和奇特强子性质的研究

Since ten years ago, more and more hadrons with exotic properties have been observed at experiments. Their observation is challenging the conventional quark model. It also brings new opportunities to us in understanding low-energy strong interactions. Because of the nonperturbative properties of QCD, the underlying theory of strong interactions, at low energy, it is still difficult for us to understand the structures and formation of these exotic hadrons from first principle. An important approach for us to understand the low-energy strong interactions is to study physics involving exotic hadrons with QCD effective field theories and phenomenological models compatible to QCD. In this project, based on our previous theoretical studies, we plan to study further possible quark structures of the exotic hadrons, discuss bound states formed with heavy quark hadrons, and predict compact multiquark states having exotic properties at both quark level and hadron level. We will consider experimental detections and use approaches compatible or equivalent to QCD such as quark model, potential model, chiral effective theory, and heavy quark hadron effective theories. We hope that we will obtain new knowledge about how to discriminate quark structures of hadrons and whether more exotic hadronic bound states and compact multiquark states exist or not, so that we can provide theoretical basis for experimental studies.

十多年来，实验上观测到了越来越多的性质奇特的强子，它们的发现对通常夸克模型提出了挑战，也为人们带来了理解低能强相互作用的新机遇，由于强相互作用基本理论QCD在低能区的非微扰特点，人们还依然很难从第一原理来认识这些奇特强子的结构和形成，用QCD有效场论和相容于QCD的唯象模型来研究奇特强子物理是人们理解低能强相互作用规律的重要途径。本项目拟在我们以往的理论研究基础之上，利用夸克模型、势模型、手征和重夸克强子有效理论等与QCD相容或等效的非微扰方法，紧密结合实验探测，在夸克层次和强子层次两方面进一步研究奇特强子的可能夸克结构、探讨重夸克强子形成的束缚态、预言性质奇特的紧凑多夸克态，以期对强子夸克结构的区分、更多奇特强子束缚态和紧凑多夸克的存在问题有新的认识，从而为实验研究提供理论依据。

强相互作用下，夸克和胶子形成的强子谱非常丰富，近些年，实验上观测到了很多具有多夸克结构的性质奇特的强子态。隐粲五夸克态是其中很重要的一个发现，作为更多奇特态理应存在的信号，这为人们在多夸克体系中理解强相互作用规律的研究思路提供了实验依据。本研究项目中，我们利用夸克和强子层次的模型或方法，对各种紧致四夸克和五夸克体系的质量谱和衰变性质做了预言性分析；对粲超子-核子形成的共振态做了考察；对奇特强子的产生做了研究；对对称性限制的有效相互作用拉氏量做了构造。所取得的主要成果有：（1）发现可以用紧致五夸克图像理解LHCb发现的奇特Pc态，其中Pc(4312)的量子数与分子态图像的量子数不同；（2）发现很多含4个重夸克的四夸克态并不稳定，LHCb最近观测到的全粲四夸克共振态即是一例；发现一些XYZ态（如X(3860)、Zc(4100)）可以在紧致四夸克图像下理解；从两种不同思路的研究发现，紧致结构的Tcc应该不稳定，这意味着LHCb最近发现的Tcc中，分子态结构可能有重要贡献；根据模型的估算方法，给出了基态双重四夸克态的质量上限，这有助于判定将来发现的态是不是激发态；（3）发现粲超子-核子体系中可以形成符合重夸克自旋对称性的强子共振态，这有待实验的检验；（4）从产生的角度去看，实验数据更支持LHCb发现的Tcc为紧致四夸克态，不同研究角度给出不同的结论时，与实验观测的对比有益于甄别模型或方法；（5）构造的强子或双夸克的手征有效拉氏量，为进一步研究多夸克体系性质做了理论准备；（6）在研究中，结合实验观测，对所用的模型或方法逐渐做了改进和发展，比如，引入了多夸克体系中描述等效色磁相互作用的K因子。