Низкоэнергетические свойства адронов в релятивистской кварковой модели

• Автор: Галкин, Владимир Олегович
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 219 с. : ил.

1 Релятивистская кварковая модель

1.1 Квазипотенциальный метод

1.2 Матричный элемент тока между связанными состояниями

1.3 Потенциал взаимодействия кварков в адронах

1.3.1 ад взаимодействие в мезоне

1.3.2 ад взаимодействие в дикварке

1.3.3 Потенциал взаимодействия кварка и дикварка в барионе

1.3.4 Потенциал взаимодействия дикварка и антидикварка в тетракварке

2 Спектроскопия адронов

2.1 Спектр масс чармония, боттомония и Вс мезона

2.1.1 Общий подход к учету поправок на запаздывание к потенциалу

С)С2 взаимодействия
2.1.2 Потенциал взаимодействия тяжелого кварка и антикварка с учетом эффектов запаздывания и однопетлевых радиационных поправок
2.1.3 Спектр масс тяжелых кваркониев и Вс
2.1.4 Улучшенное релятивистское описания спектра масс чармония
2.2 Спектр масс тяжело-легких мезонов
2.2.1 Предел бесконечной массы тяжелого кварка
2.2.2 1 /тц поправки
2.2.3 Результаты и их обсуждение
2.3 Спектр масс легких мезонов
2.4 Спектр масс дважды тяжелых барионов
2.4.1 Тяжелые дикварки в релятивистской кварковой модели
2.4.2 Предел бесконечной массы тяжелого дикварка
2.4.3 1 /М<г поправки
2.4.4 Результаты и их обсуждение
2.5 Массы тяжелых барионов
2.5.1 Свойства легких дикварков
2.5.2 Потенциал взаимодействия тяжелого кварка и легкого дикварка
в тяжелых барионах
2.5.3 Результаты и их обсуждение
2.6 Массы тяжелых тетракварков
2.6.1 Свойства тяжело-легких дикварков
2.6.2 Потенциал взаимодействия тяжелых дикварка и антидикварка
2.6.3 Результаты и их обсуждение
3 Электрослабые свойства адронов
3.1 Константы распадов мезонов
3.2 Двухфотонные распады тяжелых кваркониев
3.3 Электромагнитные формфакторы легких мезонов
3.4 Радиационные переходы

3.4.1 Ml переходы в мезонах
3.4.2 El переходы в кваркониях
3.5 Полулептонные распады тяжелых мезонов в тяжелые мезоны
3.5.1 Амплитуды слабых распадов и разложение по обратной массе тяжелого кварка
3.5.2 Распады В мезонов в основные состояния D мезонов
3.5.3 Распады В мезонов в орбитально возбужденные D мезоны
3.5.4 Распады В мезонов в радиально возбужденные D мезоны
3.6 Полулептонные распады тяжелых мезонов в легкие мезоны
3.7 Полулептонные распады Вс мезонов
3.7.1 Полулептонные распады Вс мезонов в чармоний и D мезоны
3.7.2 Полулептонные распады Вс мезонов и В, и В мезоны
3.8 Нелептонные распады В и Вс мезонов
3.8.1 Нелептонные распады В мезонов
3.8.2 Нелептонные распады Вс мезонов
3.9 Редкие радиационные распады В мезонов
3.9.1 Распад В —> K*"f
3.9.2 Распады В мезонов в орбитально возбужденные К мезоны
3.10 Соотношения между формфакторами распадов В мезонов в легкие мезоны при большой отдаче
3.11 Полулептонные распады дважды тяжелых барионов
3.11.1 Формфакторы слабых переходов тяжелых дикварков
3.11.2 Слабые переходы между дважды тяжелыми барионами
3.11.3 Ширины полулептонных распадов дважды тяжелых барионов
3.12 Полулептонные распады тяжелых барионов
3.12.1 Формфакторы и ширины полулептонных распадов
3.12.2 Полулептонные распады тяжелых барионов со скалярным дикварком
3.12.3 Полулептонные распады тяжелых барионов с аксиально векторным дикварком
3.12.4 Результаты и их обсуждение
Заключение
Список литературы

Исследование низкоэнергетических свойств адронов представляет важную задачу физики элементарных частиц. Теоретическое и экспериментальное изучение различных статических (спектры масс, магнитные моменты, зарядовые радиусы, константы распадов...) и динамических (ширины электрослабых распадов, электромагнитные формфакторы...) свойств адронов позволяет получить важную информацию о динамике взаимодействия кварков, определить основные параметры стандартной модели и вести поиски проявлений “новой физики”, выходящей за рамки стандартной модели. Основная принципиальная сложность при проведении этих исследований состоит в том, что в настоящее время существующие теоретические подходы не позволяют проводить точные расчеты большинства свойств адронов, исходя только из первых принципов квантовой хромодинамики (КХД) без использования дополнительных модельных предположений. Это связано с тем, что важный вклад во взаимодействие кварков в адронах дает область больших и средних расстояний между кварками. Эта инфракрасная область межкваркового взаимодействия недостаточно исследована в рамках КХД, так как для нее надо применять непертурбативные подходы. Несмотря на достигнутый за последние несколько лет существенный прогресс, методы решеточной КХД еще не достаточно развиты и надежны, чтобы давать однозначные предсказания для свойств реальных адронов и имеют ряд технических и принципиальных неопределенностей. В свою очередь, правила сумм КХД сталкиваются с трудностями и неопределенностями при описании возбужденных состояний. Наиболее плодотворным и эффективным, хотя менее обоснованным в рамках КХД, подходом остается использование кварковых моделей. Существует множество различных вариантов таких моделей. Однако, большинство моделей имеет ограниченную область применения, и только некоторые из них показали свою эффективность при исследовании достаточно широкого круга свойств адронов. Такие модели позволяют получить важную информацию о дальнодействующей части кваркового взаимодействия на основе сравнения их предсказаний с экспериментальными данными.
Релятивистские эффекты играют важную роль в теоретическом описании свойств адронов. Даже для адронов, состоящих из тяжелых бис кварков, релятивистские поправки дают вклады порядка 10-20%, а для некоторых распадов они могут быть даже определяющими. Поэтому надежная кварковая модель должна последовательно учитывать релятивистские эффекты. Форма и величина релятивистских поправок сильно зависят от лоренц-свойств межкваркового взаимодействия. Таким образом, очень важная информация о лоренц-структуре запирающего потенциала может быть получена из сравнения предсказаний релятивистской кварковой модели с экспериментальными данными, а также с предсказаниями эффективных теорий (эффективной теорией тяжелых кварков и др.) и моделей (закона минимальной площади, струнной модели, дуальной сверхпроводящей модели, модели стохастического вакуума и др.), основанных на КХД.
При построении модели важно использовать модельно независимую информацию, доступную в рамках КХД. Так из пертурбативной КХД следует, что на малых расстояниях между кварками взаимодействие в основном определяется одноглюонным обменом. В то же время, на больших расстояниях из анализа петли Вильсона следует, что межкварковое взаимодействие линейно растет с расстоянием. Крайне важным для проверки предсказаний модели является выполнение в ее рамках соотношений,

2.6- ... 2S1 2S0
2.4- 2S 1 Р(1/2) . 1Р2 ' IPI
_ 1Р(3/2)
2.2-
2.0 1S 1S1 ISO
1.8- mQ->mfinity with 1/mQ corrections
Рис. 8: Порядок уровней D мезонов. Шкала масс в ГэВ.
вистского легкого кварка, так и отношение масс легкого и тяжелого кварков. Легкий кварк определяет радиус мезона, а отношение mqjm,Q указывает на применимость симметрии тяжелых кварков.
В Таблицах 6-9 приведено сравнение предсказаний модели с имеющимися экспериментальными данными. На момент опубликования наших результатов [29] существовали надежные экспериментальные данные только по основным состояниям тяжело-легких мезонов. Для Р уровней имелась крайне ограниченная предварительная экспериментальная информация о возможном экспериментальном наблюдении только небольшого числа узких уровней (j = 3/2, 1+, 2+). Поэтому наши результаты для возбужденных состояний можно рассматривать, как чистые предсказания. За последние годы наметился существенный экспериментальный прогресс в этой области. Были измерены с хорошей точностью массы практически всех узких уровней. Как видно из таблиц наши предсказания для узких орбитально возбужденных уровней (1+,2+) согласуются с экспериментальными данными в пределах нескольких МэВ.
Экспериментальная ситуация для широких (j = 1/2, 0+,1+) уровней более сложная и запутанная. В случае D мезонов наши предсказания для этих уровней согласуются в пределах экспериментальных ошибок с измерениями коллабораций CLEO ]100] и FOCUS [103], но лежат существенно выше значений, измеренных Belle [102]. Недавно были обнаружены два новых узких состояния ДД2317) и Dsj(2460) распадающиеся на Д,7г° и 0*7г°. Наблюдаемые каналы распадов указывают на то, что возможно это 0+ и 1+ состояния. Измеренные масс этих состояний (приведенные в Таблице 7) оказались значительно ниже, чем предсказания большинства теоретических подходов (включая нашу модель) для соответствующих Р состояний, возникающих из j = 1/2 мультиплета. Благодаря очень низким значениям масс, данные состояния имеют малую ширину (порядка нескольких МэВ). Удивительно, что эти состояния имеют массы практически совпадающие с массами, измеренными Belle (или даже