強(qiáng)子譜研究前沿簡(jiǎn)介

1、強(qiáng)子譜研究前沿簡(jiǎn)介強(qiáng)子譜研究前沿簡(jiǎn)介鄒冰松中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所內(nèi)容提要1. 強(qiáng)子譜研究前沿簡(jiǎn)介2. 北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)（BEPC）、北京譜儀3. BEPC目前強(qiáng)子物理研究概況 重子譜（核子激發(fā)態(tài)和超子激發(fā)態(tài)）的研究 J/ 輻射衰變、尋找膠球 J/ 到輕介子的強(qiáng)衰變、介子的夸克成分 其它璨偶素及璨介子的衰變 4. 蘭州CSR強(qiáng)子物理展望1. 強(qiáng)子譜研究前沿簡(jiǎn)介1）什么是強(qiáng)子、強(qiáng)子譜）什么是強(qiáng)子、強(qiáng)子譜 ？2）為什么要研究強(qiáng)子譜）為什么要研究強(qiáng)子譜 ？3）強(qiáng)子譜物理研究的基本問(wèn)題）強(qiáng)子譜物理研究的基本問(wèn)題4）強(qiáng)子譜研究的前沿?zé)狳c(diǎn)）強(qiáng)子譜研究的前沿?zé)狳c(diǎn)1）什么是強(qiáng)子、強(qiáng)子譜）什么是強(qiáng)子、強(qiáng)子譜

2、？udcstbem mt tn nen nm mn nt t電荷電荷+2/3-1/30-1夸克夸克 ( q )輕子輕子 ( l )“基本基本” ” 粒子粒子 從輕到重物質(zhì)間通過(guò)力場(chǎng)發(fā)生相互作用傳遞力的粒子傳遞力的粒子強(qiáng)子：由夸克、膠子組成的，色中性的，強(qiáng)子：由夸克、膠子組成的，色中性的， 半徑半徑 BAC實(shí)驗(yàn)已觀測(cè)到的實(shí)驗(yàn)已觀測(cè)到的N*數(shù)目數(shù)目 A , “失蹤失蹤”？重子是如何構(gòu)成的？ep高能電磁探針探測(cè)核子內(nèi)部結(jié)構(gòu)遇到的問(wèn)題：光子、膠子與海夸克的相互轉(zhuǎn)化，原有的、再生的？無(wú)窮大動(dòng)量坐標(biāo)系強(qiáng)子結(jié)構(gòu)函數(shù)與靜止系強(qiáng)子結(jié)構(gòu)的關(guān)系？強(qiáng)子譜和強(qiáng)子衰變的研究是必須的 ！4）強(qiáng)子譜研究的前沿?zé)狳c(diǎn)）強(qiáng)子譜研究

3、的前沿?zé)狳c(diǎn)（1）奇特的）奇特的 q q+ “五夸克態(tài)五夸克態(tài)” （2）質(zhì)子中的奇異夸克成分）質(zhì)子中的奇異夸克成分 （3）重子激發(fā)態(tài)夸克模型的兩個(gè)突出困難）重子激發(fā)態(tài)夸克模型的兩個(gè)突出困難 （4）尋找膠球、夸克）尋找膠球、夸克-膠子混雜態(tài)、多夸克態(tài)膠子混雜態(tài)、多夸克態(tài)（1）奇特的）奇特的 q q+ “五夸克態(tài)五夸克態(tài)”Strange pentaquark q+ predicted by D.Diakonov et al.,Z.Phys.A359 (1997)305suudsduudd3231suussduusd3132First evidence from LEPS g g nK+K-nNo (

4、1520)No (1520) peak in events without a proton. M = M = 1.54 0.01 MeVG G 25 MeVGaussian significance 4.6s sT. Nakano et al., Phys.Rev.Lett. 91 (2003) 012002q q+q q+ : PDG2004 established particle M. Karliner and H. Lipkin, Phys. Lett. B 597 (2004) 309“Why the q q+ is seen in some experiments and not

5、 in others - a possible explanation”另一種可能的解釋：某些實(shí)驗(yàn)結(jié)果不可靠。另一種可能的解釋：某些實(shí)驗(yàn)結(jié)果不可靠。需要高統(tǒng)計(jì)量重復(fù)性實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)需要高統(tǒng)計(jì)量重復(fù)性實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn) ！No q resonance in high statistics data from g11CLAS Phys. Rev. Lett. 96 (2006) 042001 High Statistics CLAS(d) resultModel-independent uppper limit 95% CL for Q Q+ is 20nb.With assumptions about the

6、spectator, we can set a model dependent upper limit to the cross section of 4.1 GeV/c; p(KS0)3 GeV/c)Preliminary 233 fb-1 e e- - dataTetiana Berger-HrynovaThe story of the pentaquark shows how poorly we understand QCD. - F. Wilczek the pentaquark story will probably have come to an end for physicist

7、s but will live on as a case-history for historian and philosophers of science. F. Close Words of wisdomJorge Agustn Nicols Ruiz de Santayana (1853-1952)AB, PhD Harvard (1886,1889). Prof. of Philosophy, Harvard (to 1912).Those who cannot remember the past are condemned to repeat it. Life of Reason,

8、Reason in Common Sense (1905) Scepticism is the chastity of the intellect, and it is shameful to surrender it too soon or to the first comer. Scepticism and Animal Faith (1923) （2）質(zhì)子中的奇異夸克成分）質(zhì)子中的奇異夸克成分 Classical picture of the protonPerturbative gluon-sea-quark fluctuation : u(x) =d(x) , s(x) = s(x)

9、 探測(cè)核子結(jié)構(gòu)的一個(gè)主要的途徑：探測(cè)核子結(jié)構(gòu)的一個(gè)主要的途徑： 輕子輕子-核子深度非彈散射核子深度非彈散射MAMI 1 GeV ELSA 3 GeV CEBAF 6 GeV HERA 27 GeV Flavor asymmetry of light quarks in the nucleon sea Deep Inelastic Scattering (DIS) + Drell-Yan (DY) process d u 0.12Meson cloud model: | p | uud + e e1 1 | n ( udd ) + ( du ) A.Thomas, J.Speth + e e2

10、2 | D D+ ( uuu ) - ( ud ) +Meson cloud model including strangeness: | p | uud + e e1 1 | n ( udd ) + ( du ) + e e2 2 | D D+ ( uuu ) - ( ud ) + e e | (uds) K+ ( su ) + Predictions for the proton: Strange spin : D Ds 0 Strange magnetic moment : m ms 0 Strange radii : rs | uud + e e1 1 | | udud d + e e

11、2 2 | udus s + Pentaquark vs Meson Cloud 有色集團(tuán)有色集團(tuán) 替代替代 無(wú)色集團(tuán)無(wú)色集團(tuán)Suu SduduS SMultiquark components in baryons Pentaquark vs Meson Cloud Which is the correct picture ? Re-examination of many previous studied processes is necessary !P uud + e (2/3e (2/3udud d +1/3 udus s ) + d u 0.12 15% in the nucleon,

12、 ?% in N* and D D* （3）重子激發(fā)態(tài)夸克模型的兩個(gè)突出困難）重子激發(fā)態(tài)夸克模型的兩個(gè)突出困難 uud (L=1) - N*(1535) N N uud (n=1) + N*(1440) uds (L=1) - *(1405) A.Zhang, Y. Liu, P. Huang, W. Deng, X.Chen, S.L. Zhu, hep-ph/0403210 : 1/2- and 1/2+ octet N* pentaquarks have similar masses in Jaffe-Wilczek diquark modelN*(1535) uud (L=1) + e

13、 e udus s + N*(1440) uud (n=1) + x x udud d + *(1405) uds (L=1) + e e udsu u + Larger udus s component in N*(1535) makes it coupling stronger to N & K , weaker to N & K, and heavier ! B.C.Liu, B.S.Zou, PRL 96(2006)042002PRL 96(2006)042002 udduquduq Sq +ududL=1q -udusL=0五夸克五夸克 - 八重態(tài)圖象預(yù)言：八重態(tài)圖象

14、預(yù)言： * usds s 1575 MeV * usdu d 1360 MeV * usds u 1520 MeV可被可被BES數(shù)據(jù)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)檢驗(yàn) ！*-*M2. 北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)（BEPC）、北京譜儀（BES）1972.9.11 1972.9.11 周恩來(lái)總理對(duì)關(guān)于建設(shè)中國(guó)周恩來(lái)總理對(duì)關(guān)于建設(shè)中國(guó)高能加速器實(shí)驗(yàn)基地報(bào)告的復(fù)信中指示：高能加速器實(shí)驗(yàn)基地報(bào)告的復(fù)信中指示：“這件事不能再延遲了?？茖W(xué)院必須把這件事不能再延遲了?？茖W(xué)院必須把基礎(chǔ)科學(xué)和理論研究抓起來(lái)，同時(shí)又要基礎(chǔ)科學(xué)和理論研究抓起來(lái)，同時(shí)又要把理論研究與科學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)。高能把理論研究與科學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)。高能物理研究和高能加速器的預(yù)制

15、研究、應(yīng)物理研究和高能加速器的預(yù)制研究、應(yīng)該成為科學(xué)院要抓的主要項(xiàng)目之該成為科學(xué)院要抓的主要項(xiàng)目之一。一?！?” 鄧小平同志為北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)奠基 江澤民參觀北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)三代領(lǐng)袖堯舜禹，三代領(lǐng)袖堯舜禹，影響文化三千年。影響文化三千年。夸克輕子皆三代，夸克輕子皆三代，BES也需第三代。也需第三代。 李政道李政道探測(cè)器基本原理探測(cè)器基本原理 數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)處理： 快電子學(xué) 圖象判選 大型快速計(jì)算機(jī)，PCFarm internet(網(wǎng)絡(luò)） 工作站靶探測(cè)器數(shù)據(jù)采集處理子彈 成果BEPC 工作的能區(qū)：2 5.6 GeVSystemccCharmoniumTheWorld J/ and (2S)

16、Samples (106) J/ (2S)0102030405060MarkIIIDM2BESIBESII02468101214MKIMKIIMKIIICBALBESIBESII3. BEPC目前強(qiáng)子物理研究概況 重子譜（核子激發(fā)態(tài)和超子激發(fā)態(tài)）的研究 J/ 輻射衰變、尋找膠球 J/ 到輕介子的強(qiáng)衰變、介子的夸克成分 其它璨偶素及璨介子的衰變3.1 重子譜（核子激發(fā)態(tài)和超子激發(fā)態(tài)）的研究 重子 = QCD三種顏色合成無(wú)色體的最簡(jiǎn)單系統(tǒng) 重子譜的特殊性：重子譜的特殊性： 人類對(duì)重子譜的了解還非常貧乏人類對(duì)重子譜的了解還非常貧乏 Information from p, Kp experiments

17、 of 20 years ago()*107D-()*1310N-pKpK-*,*)84(&*)127(-(ssq) - Baryon Spectroscopy *Theory is totally not challenged due to lack of data !Capstick&IsgurPRD34(1986)2809KAONTRIUMF BESIIIBEPC2New Facilities for N*: CEBAFJLAB, USA ELSABonn, Germany GRAALGrenoble, France Spring8JASRI, Japan Key iss

18、ues: N*(1440) first radial excitation N*(1535) first L=1 excitation Missing N* resonances M = 1345-1470, = 160-450 MeV G M = 1495-1555, = 90-250 MeVGHybrid (qqqg), 3-quark, diquark-qCEBAFJLAB in USA0KpgKpgSAPHIRELSA (Germany)N*(1890)CBARELSAGeVEatppe6 . 24=-ggGeVEatppe2 . 34=-ggGRAALESRF in Francepp

19、gPhys. Lett. B528 (2002) 215LEPSSpring-8 in Japan NakanoPhys.Rev.Lett.91 (2003) 012002 Q Q(1540) * *(1520)*,*,*,/NBMBJ Pure isospin 1/2 and : Missing N* with small couplings to & , but large coupling to gggN : Not only N*, but also :NNNNg*,*,.,KK -ppnppppn,0., ,KpKpppppppppAdvantages: BESBEPC:So

20、me results from BESggggppJinM/0/ppJinMNH.B.Li, BES, H.C.Chiang, G.X.Peng, B.S.Zou, Nucl. Phys. A675 (2000) 189cBES, H.B.Li, B.S.Zou, H.C.Chiang, G.X.Peng, J.X.Wang, J.J.Zhu, Phys. Lett. B510 (2001) 75 中國(guó)在PDG重子譜的首項(xiàng)貢獻(xiàn) )(GeV/c2KMEvents/10MeVNxNxNx)(GeV/c2-MMMKKPS, eff. corrected(Arbitrary normalization

21、)BES, Int. J. Mod. Phys. A20 (2005)N*(1535) in J/ p K- + c.c. 劉伯超劉伯超, ,鄒冰松鄒冰松, “, “Mass and KMass and K coupling of N coupling of N* *(1535)”, (1535)”, Phys.Rev.Lett.96(2006)042002 Phys.Rev.Lett.96(2006)042002 ( (我國(guó)第一篇我國(guó)第一篇N N* *方面方面PRL文章文章)From relative branching ratios of J/ p N* p (K-) / ) / p (

22、p) gN*K /gN*p /gN*p 1.3 : 1 : 0.6Smaller N*(1535) BW mass(1)(2)(3)Mass of N*(1535)相當(dāng)令人驚訝，利用相當(dāng)令人驚訝，利用J/ 強(qiáng)子衰變強(qiáng)子衰變BEPCBEPC的的BESBES被用于研究被用于研究N*譜。譜。 nucl-th/0009011Why N*(2050) peak? L=0 limits it to be 3/2+ or 1/2+A new “missing” N* ? N* in /Jpn-N*(1440)N*(1520)N*(1535)N*(1650)N*(1675)N*(1680)? N* in /J

23、pnN invariant mass / MC phase spaceBES Collaboration, hep-ex/0405030 觀測(cè)到兩個(gè)新的N* 共振峰 ! /Jpn-/JpnvsN*(1440): M = 1358 17 G = 179 56 N*(2050): M = 206815-40 G = 165 42J/ for * and * (BESII very preliminary)*MM-hep-ph/0106043BEPC 已被列入尋找已被列入尋找“失蹤失蹤”重子態(tài)的五大裝置之一重子態(tài)的五大裝置之一hep-ph/0311087 Summary talk at HADRON

24、2003 衰變提供了類時(shí)區(qū)域研究重子激發(fā)態(tài)的新衰變提供了類時(shí)區(qū)域研究重子激發(fā)態(tài)的新穎的視角，穎的視角，.,.,與杰弗遜實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)互補(bǔ)。與杰弗遜實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)互補(bǔ)。BEPC 與 CEBAF、ELSA、GRRAL、Spring-8在重子譜方面并駕齊驅(qū)，互相競(jìng)爭(zhēng)、互相學(xué)習(xí)、互相補(bǔ)充BES 有有其其獨(dú)獨(dú)特特之之處處： 完完善善 N*,*,*, 重重子子譜譜，導(dǎo)導(dǎo)出出 BB*耦耦合合，為為研研究究重重子子結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)提提供供了了一一個(gè)個(gè)新新的的途途徑徑。NSTAR（核子激發(fā)態(tài)）、MENU（介子核子）、HADRON系列國(guó)際會(huì)議國(guó)際顧問(wèn)委員會(huì)委員, 大會(huì)特邀報(bào)告。3.2 J/ 輻射衰變、尋找膠球Three main

25、 physics objectives:(1) Search for glueballs and Hybrids G G( (g gG) ) G G( (g gH) ) G G( (g gMM) )(2) Study 0.3 3 GeV light quark mesonspectroscopy and their decays(3) Extract gg qq couplings 3 GeV 0.3 GeV pQCD strong QCD利用BESI（1990-1992）獲取的數(shù)據(jù)， 理論和實(shí)驗(yàn)配合對(duì) J/ 輻射衰變最大的幾個(gè)道進(jìn)行了分波分析： J/gK+K-0 Phys. Lett. B4

26、40 (1998) 217 J/g+- Phys. Lett. B446 (1999) 356 J/gK+K-+- Phys. Lett. B472 (2000) 200 J/g+-+- Phys. Lett. B472 (2000) 207 J/gK+K-+ Phys. Lett. B476 (2000) 25 胡敬亮董燎原 J/ radiative decay branching ratios (15002200): 16 10-3 (958) : 4.3 10-3 (1440) : 2.1 10-3 (1760) : 2.9 10-3 (2040) : 2.1 10-3 f2(1950)

27、 : 1.6 10-3 f2(1270) : 1.4 10-3 f2(1560) : 0.8 10-3 f2(1525) : 0.5 10-3 f0(1500) : 1.2 10-3 f0(1750) : 1.2 10-3 f0(2100) : 0.8 10-3 2(1870) : 1.0 10-30-+ puzzle E xperim ental G lu eball C andidates 2230 (2+ +) 2100 (0+ +) 1950 (2+ +) 1870 (2-+) 1800 (0-+) 1750 (0+ +) 1500 (0+ +) (T E 1)2 (T E 1)(T

28、M 1) (T M 1)23.3 J/ 到輕介子的強(qiáng)衰變、介子的夸克成分Three main physics objectives:(1) Search for Hybrids ( (1 1- -+ +) )K1*KKK ( (1 1- -+ +) )a14(2) Extract strange-nonstrange quark components of , KK, 4, KK, , KK, 4, KK, (3) Disfavor glueball Production-KKJ/-/Jf0(1710)NO f0(1710)-/Jf0(1790)-KKJ/?Main results from

29、XXJ,/ : ss uu + dd components f0(980) f0(400-1200) f2(1525) f2(1270) f0(1710) f0(1790) f0(1370) f2(2240) No significant evidence for f0(1500) glueball?3.4 其它璨偶素及璨介子的衰變Main topics: (2S) decay branching ratios, 15% rule c decays - the simplest process for studying gluon hadronization D, Ds decays - he

30、avy-light quark system 4. 蘭州蘭州CSR強(qiáng)子物理展望強(qiáng)子物理展望 蘭州蘭州CSRCSR將于今年建成，將提供動(dòng)能為將于今年建成，將提供動(dòng)能為0.4 0.4 GeV/u(GeV/u(鈾離子鈾離子)- )- 1.1 1.1 GeV/u(GeV/u(碳離子碳離子) )的重離子束流和的重離子束流和 2.8 2.8 GeVGeV的質(zhì)子束流。的質(zhì)子束流。 既可以產(chǎn)生接近既可以產(chǎn)生接近3 3倍正常核密度的高密物質(zhì)倍正常核密度的高密物質(zhì), , 又可以產(chǎn)生多又可以產(chǎn)生多 種強(qiáng)子（介子和重子）及其激發(fā)態(tài)，為我國(guó)開(kāi)展強(qiáng)子物理和重種強(qiáng)子（介子和重子）及其激發(fā)態(tài)，為我國(guó)開(kāi)展強(qiáng)子物理和重離子物理兩

31、個(gè)前沿領(lǐng)域的研究均提供了很有利的實(shí)驗(yàn)條件。離子物理兩個(gè)前沿領(lǐng)域的研究均提供了很有利的實(shí)驗(yàn)條件。主要研究?jī)?nèi)容 重子譜（重子譜（N*、 D D* * 、五夸克、五夸克態(tài)）及雙重子態(tài)的研究態(tài)）及雙重子態(tài)的研究 高密度下的核狀態(tài)方程、強(qiáng)子性質(zhì)、手征對(duì)稱破缺部高密度下的核狀態(tài)方程、強(qiáng)子性質(zhì)、手征對(duì)稱破缺部分恢復(fù)機(jī)制的研究分恢復(fù)機(jī)制的研究 K K介子的閾下產(chǎn)生和超核的研究介子的閾下產(chǎn)生和超核的研究 complimentary BES and CSR experiments J/ P K- vs vs P P P K K P & P the same t-channel interaction K- & K K the same interaction P K- for * P K+ for pentaquarksTotal cro