D介子的有效场论研究

D meson physics is one of the hottest topics in particle physics. The study of D meson physics progresses rapidly with the recently discovered charmonium-like states X,Y,Z. Since most of the X,Y,Z states locate near the threshold of the D meson pair, they are usually considered to be the candidates of D meson bound states. The study of D meson interactions may help us to understand the nature of X,Y,Z particles and extend our knowledge of the hadron spectrum. Effective field theory and lattice QCD are the systematic approaches to study hadron physics. It is interesting to notice that effective field theory can be the bridge between lattice QCD and hadron physics. In this project, we will focus on the study of D meson effective field theory. Specifically, this project includes the construction of D meson effective field theory, the extrapolation of lattice QCD with D meson effective field theory, the study of D meson bound state and the nature of X,Y,Z. In summary, we propose this project to study D meson physics with effective field theory. This may help us to understand hadron physics and effective field theory better.

近来有关D介子的实验数据不断丰富，加之实验上陆续发现在D介子对阈附近的强子态X,Y,Z粒子，使得对D介子物理的研究越来越趋于热门。由于这些X,Y,Z粒子的质量大多在D介子对的阈值附近，它们被认为有可能是D介子的束缚态。因此对D介子相互作用理论的研究，有助于人们对X,Y,Z粒子性质及强子谱的认识。有效场论和格点QCD是研究强子物理的系统手段。同时有效场论还是联系格点QCD和强子物理的桥梁。本课题主要研究内容为D介子的有效场论研究，它包括D介子有效理论的构建，利用实验及格点QCD的数据确定D介子有效理论中的参数，利用D介子有效理论对格点QCD的数据进行外推，利用D介子的有效理论研究D介子束缚态的问题及X，Y,Z粒子的性质。本项目计划探索利用有效场论研究D介子物理的实验现象，这些研究对理解强相互作用的非微扰效应，强子的结构以及有效场论技术的发展都具有重要意义。

本项目主要研究有效场论在新强子态结构研究中的应用。近年来实验上陆续发现了一些新的强子态，这些新强子态无法用传统的夸克模型解释。目前关于这些新强子态的性质，较为流行的观点为它们可能是四夸克态，还有它们可能是强子分子态。事实上由于耦合道效应的存在新强子态也有可能是这两种态的叠加。温伯格在上世纪六十年代利用量子力学研究了这种耦合道效应，并得到了复合性定理。在本项目中，我们将复合性定理吸收到有效场论中，从而构造出考虑了耦合道效应的有效场论。这种有效场论的优点在于它一方面可以考虑新强子态作为四夸克态和强子分子态叠加态的可能性，另一方面利用它可以在有效场论的框架下一阶一阶地研究新强子的结构。我们利用这一有效场论研究了X（3872）、Zb态的线型，并得出结论X（3872）很可能是粲夸克偶素和D介子对分子态的叠加态，Zb态很可能是四夸克态和B介子对分子态的叠加态。我们还利用这一有效场论研究了Xb的线型，得到对线型的精确测量对新强子结构的判断很关键的结论。