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介子和重子都属于群的八维表示或者由八维表示直乘分解得到的表示按群的性质给出介子分类的模型
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摘要在这篇文章中我们回顾了基本粒子的分类和理论。此外我们简要介绍了轻介子谱的研究现状以及新强子态一胶球和混杂态。在这里我们主要做了三方面的工作在介子一介子混合框架下估计了。介子九重态中同位旋标量态的质量同时考虑到、。为的径向激发态在雷吉轨迹图中应该具有近似相同的斜率利用雷吉轨迹可以得到其对应质量为两种方法得到了两个十分自洽的结果。在介子一介子混合框架下对介子九重态中同位旋二重态的质量给出估计得到这个结果相对于‘有较大的偏离。在胶球为主的图像下利用介子一胶球质量关系选择与“胶球的质量作为输入参数我们得到‘”介子九重态巾同位旋标量态的质量这个结果与一±并不。致。关键词胶球九重态霄吉轨迹—、。—’“”””只”±郑蕈声明本人的学位论文是在导师指导下独立撰写并完成的学位论文没有剽窃、抄袭等违反学术道德、学术规范的侵权干亍为否则本人愿意承担由此产乍的一切法律责任和法律后果特此郑重声明。学位论文作者签名冯学超年月几第一章引言第一章引言第一节粒子的分类十世纪三十年代人们在探讨物质结构的过程中已经发现电子、正电子、光子、质子和中子等“基本”粒子。四十年代人们在宇宙线的研究中发现了石介子后又陆续发现了一系列的介子和超子五十年代后期随着高能加速器的投入运行借助研究共振态粒予的实验方法越来越多的新粒子被发现到六十年代初大约有上百种强子被发现而形成了一个强子谱系。已发现粒子的分类现在己发现的粒子按照它们参与各种相互作用的性质分为以下几类【规范玻色子传递相互作用的媒介粒子已经发现的有种即光子和三种中间玻色子它们的自旋都是。轻子不直接参与强相互作用的粒子它们可以直接参与电磁相互作用和弱相互作用。现在发现的轻子共有种连同它们的反粒子共种’的自旋都是。电子是最早被发现的带电轻子后来在年又在宇宙线实验中发现了“子它也是个带负电荷的白旋为的粒子不直接参与强相作用但可以直接参与电磁相互作用和弱相互作用口子的质量是电子质量的倍。实验与理论都表明口子的相互作用性质和电子完全相同它们唯一的不同是质量上的不同它们运动行为上的差异都可以归结于来自质量上的不同。年实验上又发现了第二三个带电的轻了它的相互作用性质和电子以及了完命相同但质量却是Ⅳ子质量的倍电子质帚的倍。除了三种带电轻予外还有三种不带电的中微子它们的性质完全相一】它们的差异仅仅在于弱相互作用过程中它们分别和一种相应的带电轻予相作用。除此之外没有任何的差异。个带电轻子质量不同但在相互作用性质上完全相同这就第一章言是理论上著名的“口一”疑难。强予直接参与强相互作用的粒子。分为两大类介子自旋为整数重子数为零的强子。重子自旋为半整数自旋为的强子。稳定粒子和共振态在已经发现的粒子中只有十一种粒子可能是真正稳定的粒子这就是光子三种中微子和它们的反粒子电子正电子质子和反质子。现代粒子物理学中把粒子按衰变性质和行为分为稳定粒了和共振态两类不能通过强相互作用衰变的粒子称为稳定粒子可以通过强相互作用哀变的粒子称为艿振态。一般说来通过强相互作用衰变的粒子寿命短通过弱相互作用和电磁井互作用衰变的寿命要长的多但实际情况要复杂的多。在现在已经发现的粒子中寿命最短的和寿命最长的粒子都属于稳定粒子。轻子一夸克层次粒子的分类按照现有的实验和理论认识强子是复合粒子它们由更深层次的夸克和反夸克组成夸克和反夸克通过胶子传递的色相互作用结合为强子。现在实验上还没有发现自由的夸克和自由的胶子现在理论义认为由十色相与作用的禁闭性质自由的夸克和自由的胶了不能够单独的存在只能存在强子的内部。但足它们在强子内部的存在或在反应过程中所起的作用却可以被从实验观察和验证。根据轻子一夸克层次可将粒了分为类规范玻色子传递相互作用的媒介粒子共有种其中包括光子三种中间玻色子Ⅳ和八种胶了它们的自旋都是再有种是引力子理论上预言其自旋为但还未证实其存在。费米子轻子和夸克它们的自旋都是。粒子按照现有的理淦认为然界应该存在自旋为的粒子它在实现对称性的破缺从而使统一的电弱相互作用分解成性质和行为互相同的电磁相互作用和弱相互作用机理中起重要的作用。理论上预占自然界至少应该存在一个粒子但实验还未发现。粒子的相瓦作用第一章引言任何一种基本的孝立子都不是孤立的粒子与粒子之间存在多种的联系这种联系其侮表瑶为各耱秘夏季璃电磁相互作用一切带电粒子或具有磁矩的粒子存在电磁相互作用。电磁相互作用是一种长程力它是以电磁场为媒介来传递的。电磁相互作用实质上是通过带电粒子交换光子实现的。反映粒子电磁相互作用规律的理论是量子电动力学。弱相互作用弱相互作用足种短程力除光子、胶子外所有的基本粒子都参与这中相互作用。反映弱相互作用或弱作用与电磁作用统‘的规律性理论是量子昧动力学。强相互作用这类作用只存在于重子和介子之间。强相互作用是‘种短程力。反映强相互作用规律性的理论是量子色动力学。关于几种相互作用的比较如表表强作用电磁作用弱相互作引力作用力程。一“宏观表现无有无有作用强度×…’—典型反应Ⅱ无截面“×—媒介粒子介子股子光子矽引力子白旋——第二节强子态的分类和理论六十年代初期实验发现了许多新的不稳定的强子这就促进人们对于强子第一章引言的对称性及其分类进行研究。坂用模型年坂田昌一提出个强子结构模型认为所有的强子都是由质子中子和超予和它们的反粒子组成。由于它们的自旋都是质量相近相互作用性质相近由它们组成的强子应该很好的满足对称性。坂田模犁中粒子的分类首先质子中子和超子是基础重子构成群的三维表示他们的反粒子构成三维表示的共轭表示。介子由一对正反的基础重子组成其表示由群论给出为即属下表示和。重子是由一个基础重子和一个介子组成其表示由群论给出旺即属二表示和。利用坂模型对到年所发现的强予进行分类发现坂卜模型对介了的分类给了很好的解释对重子的分类却出现了问题即八个自旋宇称相同的重子为什么要放在两个彳同的表示之中。坂田模型遇到的困难导致己理论的发展。八重态年’和—提出八重念理论这个理论提出介子和重子都属于群的八维表示或者由八维表示直乘分解得到的表示按群的性质给出介子分类的模型和坂模型一样。按照八重态理论当时已经发现九个’重子它们刚好可以归入个十维表示并预言了当时尚未发现的第十个’吾重子一的存在。年实验上果然在一—一反应中发现了一粒第一章引言子的存在】。夸克模型年和相互独立的提出了强子结构模型认为强子都是山更深层次的粒子组成对于这种粒子—称为夸克称为这个强子结构模型称为夸克模型。夸克模型认为介子由一对证反夸克组成重子由三卜夸克组成如果只考虑质量较轻的介子和重子可以只考虑轻夸克以三味夸克为基础而组成的强子应该可以按群的不可约表示分类介予和重子应该分别属于下列表示介予重子今克模型认为三重子属于表示它由三个三维表示直乘给出时是完‘令对称态即味道空间是完全对称的。由夸克是费米子二个夸克组成重子时应足完伞反对称态这就要求空间是完全对称态。但三个夸克之问的两个相对轨道角动量均为零属丁二完全对称态三个夸克总自旋为昙也是完全对称态这就和二自旋统计关系的要求相矛盾。为了解决这个理论上的困难引入了一个新的量子数——颜色的假定夸克的内部对称性除了味道对称性外还有颜色的对称性。每味夸克都有色它们满足色对称性。这个假定得到不少实验如衰变几率的测量以及值的测量等的强有力的支持。第三节强相互作用和部分子模型色相互作用和胶子色对称性的概念是在研究重子由夸克组成时的统计性质时引入的色对称性和电磁×、称性千似是一种规范对称性色对称性由群描写它所决定的卡互作用称为色规范相互作用远比电磁相互作用要强夸克之问通过色相旺作用结合成强子强子之问的强相瓦作用就是复杂的色相可作用的表现。电磁相互作用通过交换光子来实现凡是带有电荷的粒子就有能力放出和吸收光子。光子第一章引言本身不带电荷所以光子本身并不能直接放出和吸收光子。色相瓦作用是通过交换胶子来实现的凡是带有色荷的粒子就有能力放出和吸收胶子。和光子的情形不同胶子本身也带色荷所以胶子本身能直接放出和吸收胶子表列出了电磁相互作用与色相互作用的比较袁乜磁相互作用色相互作用场电磁场色规范场相且作衙电荷色荷媒介粒子光子八种胶子白旋质量媒介粒有无无电荷有电荷电荷部分子模型随着高能轻子和质子散射实验的进展在高能电子和质子的散射实验中人们发现散射出的电子具有很大的动量转移。这就暗示质子的电荷集中在质子中的一些散射中心上。等【】基于一些实验现象提出了部分子模型。部分子模型认为核子是出类点的自旋为的部分子组成轻子一一核子的散射是轻子和核子内不相十的部分子散射的总和。后来人们认为核子中无结构的部分子就是夸克模型中的基本组分一一夸克。强子结构的动力学图象按照鼍子色动力学在强子内部夸克反夸克和胶子可以相互转化其反应方程为营占营§静通过这些反应胶子数并不确定夸克的数目和反夸克的数日也都不确定但夸克数日和反夸克数目的差是确定的。‘般说来强子都是由夸克、反夸克和胶子组成的它们之间通过上述反应过程达到平衡不同的强子之间的差别通过第一章引言某些夸克、反夸克和胶子体现出来这些粒子称为价粒子。对于任一特定的粒子有完全确定的价粒子除价粒予外的夸克、反夸克和胶子称为海粒了它们的数目不确定但通过反应达到平衡。因此量子色动力学勾画出强子结构的动力学图象足强子都是由价粒子和海粒子组成价粒子的类型和数目都是确定的决定强子的类型和性质海粒子的总夸克数为零每种粒子数日并不确定通过反应达到平衡。各种强子可以用它们各自所有的价粒子来标记和区分通常说重子由三个夸克组成介子由一个夸克和一个价夸克组成就是指重子有三个价夸克介子有一个夸克和一个反夸克。根据价粒子的不同强子可以分为如下几类强重子反重子介子胶球混杂子重子偶素价粒子——这种分类是从强子结构的角度来区分的从实验行为来看介子、胶球、混杂子和重子偶素部属于介子。因此在粒子物理学中介子的含义有两种一种是从实验行为来看一种是从强子角度来看前者包括的范围要比后者宽的多。第四节小节随着粲夸克、底夸克和顶夸克分别在年年平年【】在实验上的发现夸克是实实在在的客体是组成强子的基本组员已经被广泛接受。但是人们通过种种努力始终找不到自由的夸克为此人们提出色禁闭的假设【能观测到的强子都是色单态有色的夸克被永久的禁闭在强子的内部。色禁闭的假设也被认为夸克被某种存在的位势永久的禁闭在强了的内部。根据量子色动力学的基本图像强相互作用有色来传递也就是说带色的甚本粒子可以通过强互作用结合成为束缚态结合色禁闭的假设量子色动力学预占了如下强子态的存在钾介子重子网兮克态多夸克态第一荜引言介子混杂态重子混杂奋昭胶球胶球新的强子态的存在是量子色动力学的一个理论预言如果这些态能在实验上发现则将是对量子色动力学提供一个强有力的支持。但是应该认识到这些新强子态的性质主要由量子色动力学的非微扰效应支配而人们目前又不能从“第一原理”出发来精确的计算量子色动力学的仆微扰效应因而理论上对这些新强子态还不能给出准确的预言。这些局限性都增加了新强子态寻找的困难程度但同时也使得对这些新的强子态的寻找和确认变得十分重要和引人瞩目。第二章介了谱简介第二章介子谱简介第一节概述按照现代粒子物理理论夸克共有六种味道分别是上夸克下夸克奇异夸克粲夸克底夸克。。和顶夸克。夸克的自旋和重子数分别为和一带有红、绿、蓝三种颜色。夸克还具有如电荷、同位旋第三分量、奇异数、粲数、底数和项数。夸克的各种相加量子数列于下表、表夸克的各种相加量子数电荷————‘——————————同旋分量—————奇异数—粲数底数一顶数轻介子是由轻夸克组成的矿态味道和’可以不同。如果矿态的轨道角动量为那么对应的宇称为一“。夸克和反夸克的自旋耦合形成总自旋为的自旋单态和总自旋为的自旋三态对应的电荷共轭一“。自旋单态和轨道角动最耦合得到总角动量为的态自旋三重态和轨道角动量耦合得到总角动量为工一、上和的态。根据群的直乘分解规则由一个夸克和一个反夸克组成的介了态分别填充在群的一维和八维表示上其中个同位旋为的态、四个同位旋为的态和一个同位旋为零的态填充在八维表示上一个同位旋为零的态填充在一维表示上。股人们把这九个介子态统一归并为一个介子九重第二蠢介了谱简介态。口彳介子按照其”量子数分别组成不同的介子九重态。一个介予九重态的夸克组分分别是“孑、仁盯一尉√三、、、订、厅厅丽一西√石和盯汀西拈。由于夸克问和夸克与胶子间有强相互作用通常而言介子九重态中两个同位旋为零的态会混合而形成同位旋为零的物理态。当然这两个同位旋为零的介子态也会和量子数相同的其它态等发生相互的混台。介子的束缚态主要由量子色动力学的非微扰效应支配由于无法直接计算量子色动力学的非微扰效应人们对介子能谱的认识很大程度上依赖于一一些唯象的理论模型。因此轻介子谱的研究具有十分重要的意义。第二节正反粒子组成系统的对称性诈反费米子组成的系统在现代强子结构模型中介了的某些主要性质都町以把介了看作是对自旋为三的正反费米子一反夸克的束缚念因此判定由一对自旋的正反粒子组成的系统应该具有那些量子数以及这样的系统具有哪些定性特征变得十分重要。考虑由一对自旋妄的正反粒了组成的系统系统的总自旋可以取值为和轨道角动量可以取任意的非负整数系统的总角动量可取值为—忙一…系统的宇称为一“也就是观察到的该粒子的总白旋可以得到该系统的”如表表白旋的正反费米组成系统的”—一”””。一—一●¨第二章介了滑简介如果原组成成分的费米子是同位旋—的粒子则这一对反费米子组成的体系的并且。如果原来组成成分的费米了是的态则表中每一组量子数所代表的态又代表了一个的态和一个一的态结果这系统的”可取表表同何旋白旋正反费米子组成系统的”。——一。一’’’——…—‘一一。—一————一一—‘—如果介子是由一对正反费米子组成的束缚态可以估计的态应为基态其能置应为最低。按.
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介子九重态的质量分析
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