《量子色动力学在强子物理研究中的应用》

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关于自然,课题组有许多未解决的重大问题,课题组渴望解答它们。强子物理问题就是其中之一。强子包括人们已经基本了解的重子、介子,以及还不甚了解的所谓奇特态强子,如多夸克态、混杂态、胶子球等。量子色动力学(QCD)是描述强相互作用的基本理论,构成课题组大千世界的强子主要参与强相互作用,其性质也主要由强相互作用决定。该项目“量子色动力学在强子物理研究中的应用”主要开展了QCD对奇特态强子和重味介子的能量区间、产生和衰变方面的研究。

主要科学发现点概括如下:

(1)奇特态强子研究方面,基于QCD求和规则的理论构架,课题组对近几年实验上发现的奇特态强子的结构、质量和衰变等性质做了系统和前瞻性的研究;对以中国实验物理学家为主在LHCb上发现的五夸克态Pc粒子进行的理论分析,受到了广泛重视。在胶子球研究方面,几十年来实验上始终没有最终确认这一物质形态。为解决这一难题,课题组首次提出通过探测奇特量子数三胶子胶子球作为发现这类物质存在的实验途径。基于QCD求和规则课题组对这类胶子球的能谱做了定量计算,并分析了它们可能的衰变模式。这些工作受到了高能实验合作组的重视,国际物理新闻网站(phys.org)在对课题组的工作报道中称“寻找很久的胶子球可能即将被发现”。

(2)重味介子研究方面,课题组系统地考虑了Bc介子的各种产生机制,特别是对这些过程进行了微扰QCD高阶修正计算,为对这个重要的双味重介子开展实验研究提供了重要的理论参考。课题组开展了对强子唯象学研究非常重要的QCD次次领头阶(双圈)计算,在椭圆函数主积分等量子场论高阶微扰计算中的重要难点问题方面取得了一系列国际一流研究成果,首次在国内完成了具有完整QCD次次领头阶修正的物理过程的计算工作,即精确到两圈的Bc介子纯轻衰变过程研究。 该项目极大地推动了QCD强子物理研究的发展,不仅提出了寻找胶子球的新思路,而且在高阶微扰QCD修正的计算方法上取得了突破性的进展,对未来强子物理实验研究具有重要参考价值和指导意义。

上述成果均发表在Physical Review Letters、Physical Review D、Physics Letters B、Journal of High Energy Physics、European Physical Journal C等国际知名物理期刊。该项目共发表文章28篇,SCI他引280余次。该项目是在国家自然科学基金委重点和面上项目的支持下完成的。

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