奇特共振结构与强子-强子相互作用

In recent years, a series of exotic resonance structures, which form a complex spectrum, were observed at large facilities, such as Belle, Babar，and LHCb, particularly the BESIII detector in China, which is a good opportunity to the study of the exotic hadronic state which is a frontier of human exploration of the matter structure. Many of exotic resonance structures are close to the thresholds of two hadrons, which suggests that hadron-hadron interaction may be germane to the exotic resonance structure. In this project, the quasipotential Bethe-Salpeter equation will be adopted to search for molecular bound state, molecular resonance and near-threshold structure from the cusp effect, which are produced from hadron-hadron interaction, and to study the coupled-channel effect on the hadrons in the conventional quark model and exotic states in other forms. The effect of hadron-hadron interaction on the experimental observables, such as the invariant mass spectrum, will also be studied, which will be helpful to distinguish interesting exotic states, especially the molecular states, from exotic resonance structures. And predictions about new molecular states will be made for further experimental study. The study in this project will be helpful to the experimental study at BESIII and other facilities worldwide, and important to understand the origin and nature of the exotic resonance structure.

近年来，在Belle、BaBar、LHCb等大型实验设备特别是我国的BESIII上发现了一系列奇特共振结构，组成了一个复杂的谱，这为物质结构的前沿研究领域奇特强子态的研究提供了良好的实验基础。很多奇特共振结构位于两个强子的阈值附近，这启示我们这些共振结构可能与强子-强子相互作用存在密切联系。本项目将通过求解赝势Bethe-Salpeter方程寻找强子-强子相互作用形成的分子束缚态、分子共振态及cusp效应产生的近阈结构，并研究耦合道效应对传统夸克模型中的强子态及其他形态奇特态的影响。由此进一步研究强子-强子相互作用对不变质量谱等实验观测量产生的影响，进而从这些共振结构中鉴别出人们感兴趣的奇特强子态特别是分子态，同时对可能存在的分子态进行预言。这些工作将对我国BESIII及国际上其他实验设备上开展的奇特强子态研究起到推动作用，对于理解奇特共振结构的来源和本质有重要意义。

在项目的执行中我们围绕近阈奇特共振结构和强子强子相互作用的关系开展研究。按照计划，我们发展了准势Bethe-Salpeter方程方法，并将其应用到奇特共振态的研究。在本项目的研究中，我们与实验研究紧密结合，研究了一批实验上观测到的奇特共振结构与强子强子相互作用的关系。主要工作包括：1）隐粲五夸克态是近年来粒子物理与核物理研究的研究热点。在项目执行期间，LHCb合作组发表了最新的实验结果。通过准势Bethe-Salpeter方程方法并结合单玻色子交换模型，我们在强子分子态的图像下计算了LHCb隐粲五夸克态的质量和宽度，得到了与实验一致的结果，目前是隐粲五夸克态的主流解释之一。2）在此基础上我们通过重夸克对称性进一步给出了对应的隐底、隐奇异以及奇异隐粲五夸克态的预言，并且研究了可能的实验产生道，为将来的实验寻找提供了理论基础。3）我们研究了Zc(3900)对J/psipi和DbarD*的不变质量谱的影响并与BESIII的实验结果相比较，发现只有将Zc(3900)解释成相互作用所产生的一个虚态，才能同时解释两个道的不变质量谱。4）在项目执行期内实验上发现了一批近阈奇特共振结构，我们对相关的强子强子相互作用进行了研究，发现可以在分子态的图像下解释这些共振结构。5）我们也研究了在实验上产生和寻找部分轻强子和奇特强子态的可能性。这些结果对于理解现有奇特共振态和将来的实验观测有重要的意义。在研究过程中，发表国内外主流学术期刊论文29篇，被相关领域的专家及实验组广泛引用，其中两篇入选ESI高被引论文。我们的成果得到了国内外同行的广泛认可，对相关实验起到了推动作用。