博士论文-重夸克偶素的电磁跃迁和P波重夸克偶素的产生
文献类型：学位论文
| 作者 | 许甲 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2011 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 黄超光 |
| 关键词 | 非相对论量子力学 因子化 重夸克偶素 辐射跃迁 色八重态机制 |
| 学位专业 | 理论物理 |
| 中文摘要 | 在过去的10年里有效场论(Effective Field Theory(EFT))方法作为一种现代物理学领域的强大工具已逐渐被人们所普遍接受。其中在研究强相互作用方面比较有影响力的有效理论主要有手征微扰理论(Chiral Perturbation Theory(ChPT))，重夸克有效理论(Heavy Quark Effective Theory(HQET))，以及软共线有效理论(Soft-collinear Effective Theory(SCET))。其中最适合处理重夸克偶素产生湮灭的有效理论就是所谓的非相对论量子色动力学(Non-relativistic Quantum Chromodynamics(NRQCD))。NRQCD的因子化方案是分析处理重夸克偶素产生湮灭的最为有效的理论工具，它的主要出发点是把涉及重夸克偶素产生湮灭的过程因子化为短程和长程两部分部分，其中重夸克的产生和湮灭过程只能在很短的距离内进行，由于QCD的渐进自由的性质，这部分过程是微扰可算的；另一方面，由于正反重夸克重子化为重夸克偶素形成束缚态是在低能区进行的(也即长程作用)，主要涉及的则是强相互作用的非微扰效应。由于重夸克偶素的正反夸克间的相对速度远远小于光速，在NRQCD因子化中便以正反夸克间的相对速度作为对NRQCD矩阵元的小量展开。总而言之，在NRQCD因子化方案下，可以把一个重夸克偶素的产生湮灭过程因子化为在“硬”的能标下微扰可算的Wilson系数和NRQCD非微扰的长程矩阵元乘积的形式。本文也研究了一些两个重夸克偶素之间的电磁跃迁过程。在这些过程中并不涉及到重夸克的产生和湮灭，NRQCD因子化便不适用于这些没有大的动量转移的过程。由于这些电磁跃迁过程的末态光子通常会有几百MeV的能量，是重夸克偶素中正反夸克的典型相互作用能标，所以在把NRQCD中$\mathcal{O}(m_Qv)$的能标全部积掉只剩下重夸克偶素的相互作用能标(也称为“ultrasoft”区域)，这样得到的更低能标的有效理论称为potential NRQCD(pNRQCD)。本文的电磁跃迁主要在pNRQCD框架下进行讨论。本文也探讨了一些涉及到$P$波重夸克偶素单举和遍举产生的过程，这部分内容则主要在NRQCD框架下进行讨论。本文的前半部分主要考察了电磁跃迁过程$\eta_{c2}\to J/\psi(\psi')+\gamma$和$\Upsilon(3s)\to\eta_b+\gamma$。最近\textsc{Babar}实验组的数据分析表明X(3872)粒子的$J^{PC}$更多的倾向于$2^{-+}$而不是先前假定的$1^{++}$。这个结果表明X(3872)很有可能就是之前理论预言的$D$波粲偶素$\eta_{c2}(^1D_2)$，于是我们便在这个假设之上在pNRQCD的理论框架下利用势模型仔细考察了$\eta_{c2}\to J/\psi(\psi')+\gamma$ 。最终我们的计算结果表明这两个电磁跃迁过程的分支比的比率和已有的实验数据是冲突的，$2^{-+}$这一量子数假定对于X(3872)是有问题的。在2008年，\textsc{Babar}实验组从$\Upsilon(3S)\to\eta_b+\gamma$发现了理论上很早就预言的底夸克偶素家族的基态粒子$\eta_b(1S)$。当时几乎所有对这个跃迁道分支比的理论预言都不能很好的符合\textsc{Babar}的实验结果。由于这个过程的末态光子能量很大(几乎是1GeV)，所以在这个过程中不能简单地认为光子的能标在ultrasoft区域，于是我们就放弃了传统的pNRQCD框架和多极矩展开的办法，提出了“半硬散射”机制。我们的计算表明这一新机制可以比较好的符合\textsc{Babar}的实验结果。本文的后半部分主要在NRQCD框架下研究了$P$波粲偶素的遍举和单举产生。我们首先对$B$工厂的$h_c$单举产生过程$e^+e^-\to h_c+$light hadrons做了探讨。这个过程中需要同时考虑色单态($\gamma^*\to c\bar{c}(^1P_1^{[1]})+gg$)和色八重态($\gamma^*\to c\bar{c}(^1S_0^{[8]})+gg$)两个道的贡献，这个是由NRQCD因子化公式决定的，只有同时考虑了这两个道的贡献，才能得到和NRQCD长程矩阵元对应的红外有限的Wilson系数。最后我们使用螺旋度投影的方法研究了双粲偶素的遍举产生过程$\Upsilon\to J/\psi+\chi_{cJ}(J=0,1,2)$。这里同时考虑了强作用和电磁作用的衰变道以及它们之间的干涉效应。将来超级$B$工厂的运行将会检验我们的理论计算，也会加深我们对于NRQCD因子化的理解。 |
| 学科主题 | 理论物理 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2016-02-25 |
| 源URL | [http://ir.ihep.ac.cn/handle/311005/209589]  |
| 专题 | 高能物理研究所_理论物理室_学位论文和出站报告 |
| 作者单位 | 中国科学院高能物理研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 许甲. 博士论文-重夸克偶素的电磁跃迁和P波重夸克偶素的产生[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2011. |
入库方式： OAI收割
来源：高能物理研究所
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