重味多夸克态衰变的研究

The exotic states containing heavy quarks are ideal platforms for the study of strong interaction. The study of multi-quark states has greatly expanded our knowledge about structures of matters, deepen our understandings of the low energy strong interactions, and promoted our cognition on the binding mechanism for quarks and gluons to form hadrons. In order to better understand the properties of exotic states and to look for other possible multiquark states, in this project, we plan to systematically study the rearrangement decay processes of the S-wave multiquark states, discuss possible inner structures of exotic states with experimental data, and predict their decay properties, masses, and quantum numbers. We are also going to investigate in detail the mixing effects for states with the same quantum numbers, their influences on the rearrangement decays of the multiquark states, and reveal the theoretical mechanism for the absence of some strong decay channels. The results of this project will be helpful for particle experiments such as BESIII, Belle, and LHCb to study the properties of the exotic states and to search for new exotic states. The project will also help people to understand the binding mechanism for quarks to form hadrons.

含有重夸克的奇特态是研究强相互作用的理想平台。奇特态中多夸克态的研究极大地扩展了人们对物质结构的认识; 加深了对低能强相互作用的理解; 促进了对夸克胶子束缚机制的认知。为了能更好地理解奇特态的结构，寻找可能存在的多夸克态，本项目拟系统地研究S波多夸克态的重排衰变过程，结合最新的实验数据，探究奇特态可能的内部结构，预测多夸克态的重排衰变宽度、质量以及量子数等性质；本项目将细致研究具有相同量子数的波函数之间的混合效应，探究混合效应在多夸克态重排衰变过程中的作用，揭示奇特态某些强衰变道缺失的理论机制。本项目的结果将为BESIII、Belle和LHC等粒子实验研究已知奇特态的性质、寻找新的多夸克态提供帮助，并加深人们认识强相互作用束缚夸克形成强子的机制。

自2003年Belle合作组公布X(3872)以来，实验探测到了越来越多的奇特态信号，尤其BESIII合作组发现的带电隐粲偶素Zc(3900)，使人们更加确信超出传统强子模型的多粒子结构的存在。随着粒子物理实验的持续进展，隐粲五夸克态、含有奇异夸克的Pcs态、两个粲夸克的Tcc、两对正反粲夸克的全重四夸克态X(6600)、X(6900)等奇特态信号被陆续公布，然而这些实验发现的奇特态是紧致的多夸克态、分子态、混杂态、耦合道效应，亦或动力学效应，目前还没有一致定论，因此需要应用多种行之有效的方法对奇特态领域展开细致研究。本项目研究发现：(1) 依据S波全重四夸克态的质量谱和重排衰变宽度的数据，X(6600)可能是量子数为0^{++}的cc\bar{c}\bar{c}态，而X(6900)和X(7300)很难解释为S波的紧致束缚态；(2)依据得到的S波隐粲五夸克系统的质量谱，P_c(4440)^+可能是同位旋为3/2角动量宇称为3/2^+的uudc\bar{c}态，P_c(4457t)^+可能是同位旋为1/2角动量宇称为3/2^+的uudc\bar{c}态，P_c(4337)^+可能是同位旋为1/2角动量宇称为1/2^+的uudc\bar{c}态，P_{cs}(4459)^0可能是同位旋为1角动量宇称为1/2^+的udsc\bar{c}态；(3) S波纯中性四夸克态qq^\prime\bar{q}\bar{q}^\prime和S波隐粲五夸克态的重排衰变振幅与K因子之间的定量关系，揭示了内部粒子间等效相互作用对四夸克态和五夸克态重排衰变的影响，为研究奇特态的性质提供了新的视角。