強子譜研究前沿簡介

1、強子譜研究前沿簡介強子譜研究前沿簡介鄒冰松中國科學院高能物理研究所內容提要1. 強子譜研究前沿簡介2. 北京正負電子對撞機（BEPC）、北京譜儀3. BEPC目前強子物理研究概況 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強子物理展望1. 強子譜研究前沿簡介1）什么是強子、強子譜）什么是強子、強子譜 ？2）為什么要研究強子譜）為什么要研究強子譜 ？3）強子譜物理研究的基本問題）強子譜物理研究的基本問題4）強子譜研究的前沿熱點）強子譜研究的前沿熱點1）什么是強子、強子譜）什么是強子、強子譜

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 從輕到重物質間通過力場發(fā)生相互作用傳遞力的粒子傳遞力的粒子強子：由夸克、膠子組成的，色中性的，強子：由夸克、膠子組成的，色中性的， 半徑半徑 BAC實驗已觀測到的實驗已觀測到的N*數(shù)目數(shù)目 A , “失蹤失蹤”？重子是如何構成的？ep高能電磁探針探測核子內部結構遇到的問題：光子、膠子與?？淇说南嗷マD化，原有的、再生的？無窮大動量坐標系強子結構函數(shù)與靜止系強子結構的關系？強子譜和強子衰變的研究是必須的 ！4）強子譜研究的前沿熱點）強子譜研究

3、的前沿熱點（1）奇特的）奇特的 q q+ “五夸克態(tài)五夸克態(tài)” （2）質子中的奇異夸克成分）質子中的奇異夸克成分 （3）重子激發(fā)態(tài)夸克模型的兩個突出困難）重子激發(fā)態(tài)夸克模型的兩個突出困難 （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：某些實驗結果不可靠。另一種可能的解釋：某些實驗結果不可靠。需要高統(tǒng)計量重復性實驗檢驗需要高統(tǒng)計量重復性實驗檢驗 ！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）質子中的奇異夸克成分）質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、 探測核子結構的一個主要的途徑：探測核子結構的一個主要的途徑： 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 有色集團有色集團 替代替代 無色集團無色集團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)夸克模型的兩個突出困難）重子激發(fā)態(tài)夸克模型的兩個突出困難 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)圖象預言：八重態(tài)圖象

14、預言： * usds s 1575 MeV * usdu d 1360 MeV * usds u 1520 MeV可被可被BES數(shù)據(jù)檢驗數(shù)據(jù)檢驗 ！*-*M2. 北京正負電子對撞機（BEPC）、北京譜儀（BES）1972.9.11 1972.9.11 周恩來總理對關于建設中國周恩來總理對關于建設中國高能加速器實驗基地報告的復信中指示：高能加速器實驗基地報告的復信中指示：“這件事不能再延遲了。科學院必須把這件事不能再延遲了。科學院必須把基礎科學和理論研究抓起來，同時又要基礎科學和理論研究抓起來，同時又要把理論研究與科學實驗結合起來。高能把理論研究與科學實驗結合起來。高能物理研究和高能加速器的預制

15、研究、應物理研究和高能加速器的預制研究、應該成為科學院要抓的主要項目之該成為科學院要抓的主要項目之一。一?！?” 鄧小平同志為北京正負電子對撞機奠基 江澤民參觀北京正負電子對撞機三代領袖堯舜禹，三代領袖堯舜禹，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。 李政道李政道探測器基本原理探測器基本原理 數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)處理： 快電子學 圖象判選 大型快速計算機，PCFarm internet(網(wǎng)絡） 工作站靶探測器數(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三種顏色合成無色體的最簡單系統(tǒng) 重子譜的特殊性：重子譜的特殊性： 人類對重子譜的了解還非常貧乏人類對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 中國在PDG重子譜的首項貢獻 )(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 ( (我國第一篇我國第一篇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)相當令人驚訝，利用相當令人驚訝，利用J/ 強子衰變強子衰變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 觀測到兩個新的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 衰變提供了類時區(qū)域研究重子激發(fā)態(tài)的新衰變提供了類時區(qū)域研究重子激發(fā)態(tài)的新穎的視角，穎的視角，.,.,與杰弗遜實驗室數(shù)據(jù)互補。與杰弗遜實驗室數(shù)據(jù)互補。BEPC 與 CEBAF、ELSA、GRRAL、Spring-8在重子譜方面并駕齊驅，互相競爭、互相學習、互相補充BES 有有其其獨獨特特之之處處： 完完善善 N*,*,*, 重重子子譜譜，導導出出 BB*耦耦合合，為為研研究究重重子子結結構構提提供供了了一一個個新新的的途途徑徑。NSTAR（核子激發(fā)態(tài)）、MENU（介子核子）、HADRON系列國際會議國際顧問委員會委員, 大會特邀報告。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)， 理論和實驗配合對 J/ 輻射衰變最大的幾個道進行了分波分析： 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強子物理展望強子物理展望 蘭州蘭州CSRCSR將于今年建成，將提供動能為將于今年建成，將提供動能為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的質子束流。的質子束流。 既可以產生接近既可以產生接近3 3倍正常核密度的高密物質倍正常核密度的高密物質, , 又可以產生多又可以產生多 種強子（介子和重子）及其激發(fā)態(tài)，為我國開展強子物理和重種強子（介子和重子）及其激發(fā)態(tài)，為我國開展強子物理和重離子物理兩

31、個前沿領域的研究均提供了很有利的實驗條件。離子物理兩個前沿領域的研究均提供了很有利的實驗條件。主要研究內容 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、強子性質、手征對稱破缺部高密度下的核狀態(tài)方程、強子性質、手征對稱破缺部分恢復機制的研究分恢復機制的研究 K K介子的閾下產生和超核的研究介子的閾下產生和超核的研究 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