北京正负电子对撞机上的强子物理研究

强子谱研究前沿简介邹冰松中国科学院高能物理研究所内容提要1.强子谱研究前沿简介2.北京正负电子对撞机（BEPC）、北京谱仪3.BEPC目前强子物理研究概况•重子谱（核子激发态和超子激发态）的研究•J/辐射衰变、寻找胶球•J/到轻介子的强衰变、介子的夸克成分•其它璨偶素及璨介子的衰变4.兰州CSR强子物理展望1.强子谱研究前沿简介1）什么是强子、强子谱？2）为什么要研究强子谱？3）强子谱物理研究的基本问题4）强子谱研究的前沿热点1）什么是强子、强子谱？udcstbemtnenmnt电荷+2/3-1/30-1夸克(q)轻子(l)“基本”粒子从轻到重物质间通过力场发生相互作用传递力的粒子强子：由夸克、胶子组成的，色中性的，半径1.5fm的一类复合粒子。包括介子、重子两大类。强子谱：强子的质量（能量）谱及强子的分类（qq）介子：2S+1LJJpcP=(-1)L+11S00-3S11-I3K+(us)K0(ds)-(ud)+(ud)K-(su)0K0(sd)I3K*+K*0-K*-+K*00’0=uu-dd2重子的SU(3)3q-夸克模型1/2+自旋-宇称3/2+质量公式预言m-1670MeV实验m-1672.450.29MeVsI3n(udd)p(uud)-(dds)0(uds)0+(uus)-(dss)0(uss)(sss)△0△-△+△++0*-*+(ddd)(udd)(uud)(uuu)(dds)(uds)(uus)*-*0(uss)(dss)-空间轨道基态相当成功！2）为什么要研究强子谱？强子是目前人类能够分割出来、观测到具有内部结构的最小单元。强子结构---物质微观结构研究的最前沿！能谱=探索物质微观结构极其有效的工具原子谱玻尔原子的量子理论核谱壳模型&集体运动模型强子谱?3）强子谱物理的两个最基本的问题：•夸克禁闭的根源及性质，胶子自相互作用•夸克和胶子是如何构成强子的？QCD色力线QED电力线能量密度线性势格点QCD强子衰变对夸克禁闭的作用？夸克模型：重子=3夸克介子=夸克-反夸克QCD：新的自由度---具有自相互作用的胶子胶球、夸克-胶子混杂态？A.三夸克态B.夸克-胶子混杂态C.偶夸克-夸克态D.多夸克态预言的核子激发态N*数目：DBAC实验已观测到的N*数目A,“失踪”？重子是如何构成的？ep高能电磁探针探测核子内部结构遇到的问题：光子、胶子与海夸克的相互转化，原有的、再生的？无穷大动量坐标系强子结构函数与静止系强子结构的关系？强子谱和强子衰变的研究是必须的！4）强子谱研究的前沿热点（1）奇特的q+“五夸克态”（2）质子中的奇异夸克成分（3）重子激发态夸克模型的两个突出困难（4）寻找胶球、夸克-胶子混杂态、多夸克态（1）奇特的q+“五夸克态”Strangepentaquarkq+predictedbyD.Diakonovetal.,Z.Phys.A359(1997)305suudsduudd3231suussduusd3132FirstevidencefromLEPSgnK+K-nNo(1520)peakineventswithoutaproton.M=1.540.01MeVG25MeVGaussiansignificance4.6sT.Nakanoetal.,Phys.Rev.Lett.91(2003)012002q+q+:PDG2004establishedparticleM.KarlinerandH.Lipkin,Phys.Lett.B597(2004)309“Whytheq+isseeninsomeexperimentsandnotinothers-apossibleexplanation”另一种可能的解释：某些实验结果不可靠。需要高统计量重复性实验检验！[e-mail].96(2006)042001HighStatisticsCLAS(d)resultModel-independentuppperlimit95%CLforQ+is20nb.Withassumptionsaboutthespectator,wecansetamodeldependentupperlimittothecrosssectionof4-5nb.M(nK+)(GeV)preliminarySimulateSpring8angulardistributiontodeterminesensitivity!e-BeelectroproductionatBabarHERMES(e+dKS0p+X)M=15283MeV~5sZEUS(e-pe-KS0p+X)M=15223MeV~5s*(1480)Fituses*(1480)[PDG1star]Possibleacceptancelossinlowmassregion:(PIDrequiresp(p)4.1GeV/c;p(KS0)3GeV/c)Preliminary233fb-1ee-dataTetianaBerger-Hryn’ova‘ThestoryofthepentaquarkshowshowpoorlyweunderstandQCD.’-F.Wilczek‘…thepentaquarkstorywillprobablyhavecometoanendforphysicistsbutwillliveonasacase-historyforhistorianandphilosophersofscience.’F.CloseWordsofwisdomJorgeAgustínNicolásRuizdeSantayana(1853-1952)AB,PhDHarvard(1886,1889).Prof.ofPhilosophy,Harvard(to1912).Thosewhocannotrememberthepastarecondemnedtorepeatit.LifeofReason,ReasoninCommonSense(1905)Scepticismisthechastityoftheintellect,anditisshamefultosurrenderittoosoonortothefirstcomer.ScepticismandAnimalFaith(1923)（2）质子中的奇异夸克成分ClassicalpictureoftheprotonPerturbativegluon-sea-quarkfluctuation:u(x)=d(x),s(x)=s(x)探测核子结构的一个主要的途径：轻子-核子深度非弹散射MAMI~1GeVELSA~3GeVCEBAF~6GeVHERA~27GeVFlavorasymmetryoflightquarksinthenucleonseaDeepInelasticScattering(DIS)+Drell-Yan(DY)processd–u~0.12Mesoncloudmodel:|p~|uud+e1|n(udd)+(du)A.Thomas,J.Speth+e2|D++(uuu)-(ud)+…Mesoncloudmodelincludingstrangeness:|p~|uud+e1|n(udd)+(du)+e2|D++(uuu)-(ud)+e’|(uds)K+(su)+…Predictionsfortheproton:•Strangespin:Ds0•Strangemagneticmoment:ms0•Strangeradii:rs0ThemostrecentanalysisofdataforstrangespinDs=-0.05~-0.1D.deFlorianetal.,Phys.Rev.D71(2005)094018ThesscomponentoftheprotonneutrinoDISsizablecharmproduction,ThestrangemagneticmomentmsandradiirsfromparityviolatingelectronscatteringG0,HAPPEX/CEBAF,SAMPLE/MIT-Bates,A4/MAMIHAPPEX/CEBAF,Phys.Rev.Lett.96(2006)022003G0/CEBAF,Phys.Rev.Lett.95(2005)092001A4/MAMI,Phys.Rev.Lett.94(2005)152001SAMPLE/MIT-Bates:Phys.Lett.B583(2004)79TheoryvsexperimentformsandrsOurresultsB.S.Zou,D.O.Riska,Phys.Rev.Lett.95(2005)072001D.O.Riska,B.S.Zou,Phys.Lett.B(2006)C.S.An,D.O.Riska,B.S.Zou,Phys.Rev.C035207(2006)B.S.Zou,D.O.Riska,Phys.Rev.Lett.95(2005)072001Newpictureforstrangenessintheproton:Penta-quarkconfigurations[su][ud]insteadofmesoncloud(uds)K+(su)!|p~|uud+e1|[ud][ud]d+e2|[ud][us]s+…PentaquarkvsMesonCloud有色集团替代无色集团SuuSduduSSMultiquarkcomponentsinbaryonsPentaquarkvsMesonCloudWhichisthecorrectpicture?Re-examinationofmanypreviousstudiedprocessesisnecessary!P~uud+e(2/3[ud][ud]d+1/3[ud][us]s)+…d–u~0.1215%inthenucleon,?%inN*andD*（3）重子激发态夸克模型的两个突出困难•模型预言的最低的几个激发态的质量与实验严重不符uud(L=1)½-~N*(1535)NNuud(n=1)½+~N*(1440)uds(L=1)½-~*(1405)谐振子势能谱(2n+L+3/2)h•模型预言的激发态数目远多于实验已观测到的数目“失踪”的重子激发态问题:不存在/暂未观测到？A.Zhang,Y.Liu,P.Huang,W.Deng,X.Chen,S.L.Zhu,hep-ph/0403210:1/2-and1/2+octetN*pentaquarkshavesimilarmassesinJaffe-WilczekdiquarkmodelN*(1535)~uud(L=1)+e[ud][us]s+…N*(1440)~uud(n=1)+x[ud][ud]d+…*(1405)~uds(L=1)+e[ud][su]u+…Larger[ud][us]scomponentinN*(1535)makesitcouplingstrongertoN&K,weakertoN&K,andheavier!B.C.Liu,B.S.Zou,PRL96(2006)042002udduquduqSq½+[ud][ud]}L=1q½-[ud][us]}L=0五夸克½-八重态图象预言：*[us][ds]s~1575MeV*[us][du]d~1360MeV*[us][ds]u~1520MeV可被BES数据检验！*-*M2.北京正负电子对撞机（BEPC）、北京谱仪（BES）1972.9.11周恩来总理对关于建设中国高能加速器实验基地报告的复信中