摘要
本文将探讨近二十年来实验中发现的部分奇特强子态作为强子分子态的可能性。 量子色动力学(QuantumChromodynamics,QCD)是目前公认的描述强相互作用的基本理论，它具有色禁闭和渐近自由两个重要特征。由于QCD的低能非微扰特性，我们很难直接从QCD出发严格计算出夸克通过交换胶子形成的强子的能谱。上世纪六十年代提出的夸克模型可以很好地描述当时实验中发现的大量强子，其中介子由一对正反夸克(q(q))构成，重子由三个夸克(qqq)构成。但是QCD并不禁止其它构型的存在，比如多夸克态，混杂态，胶球等，这些被称为奇特强子态。在夸克模型提出之后，人们一直致力于奇特强子态的实验寻找，也发现了一些与传统夸克模型的预测不符的粒子，但奇特强子态的研究热潮始于2003年。在随后的二十年里，实验中发现了大量超出传统夸克模型的奇特强子态或其候选者，引发了大量理论工作对其内部结构的探究。我们注意到这些奇特强子态或其候选者中的很大一部分都位于可与之耦合的强子对阈值附近，因此强子分子态是解释其内部结构的一个自然选择。 强子分子态是由两个或多个强子通过强相互作用形成的复合系统。强子分子态会对其组分粒子间的散射振幅产生影响。幺正性要求两体散射的散射振幅倒数的虚部正比于粒子的三动量大小，因此在阈值处散射振幅会出现不光滑的结构，即阈值cusp。如果附近存在极点，阈值cusp会表现得更加明显。我们用非相对论有效理论探究了散射振幅在阈值附近的行为与粒子间相互作用的关系，为实验中在粲偶素能区发现的大量近阈结构提供了统一的解释。我们发现对于具有吸引力的正反粲强子对，在一个与它可以耦合的更低的隐粲道中(粲偶素加轻强子)会出现正反粲强子对阈值附近的峰结构。如果它们的吸引力足够强，形成了束缚态，那么峰结构出现在束缚态极点的位置，如果吸引力不足以形成束缚态而是形成了虚态，则峰结构刚好位于其阈值处。这样的结论对正反底强子对也是适用的. 重强子间的相互作用对相应阈值处散射振幅的行为至关重要。我们利用介子交换模型估计了重-重强子对以及重-反重强子对之间的相互作用势能，给出了可能出现近阈结构的系统。在低能区我们仅考虑了矢量介子交换的领头阶贡献，忽略了其更高阶的贡献以及来自其他介子交换的贡献。这与确定低能有效理论中低能常数的矢量主导模型是一致的。我们利用得到的势能计算了重强子对可能形成的强子分子态。我们考虑了S波的粲介子，P波sl=3/2的粲介子以及S波的粲重子。尽管我们在计算强子分子态能谱时仅考虑了矢量介子交换的领头阶的常数相互作用，动量依赖项以及耦合道效应会对极点的具体数值产生修正，但是我们得到的能谱与目前实验中存在的隐粲和双粲强子分子态的候选者都是吻合的，包括类粲偶素X(3872)和Y(4260)，Pc和Pcs五夸克态，Tcc(3985)+双粲四夸克态等等。我们认为矢量介子交换的领头阶提供了重强子之间相互作用的主要贡献，决定了整个强子分子态能谱的大致结构，而矢量介子交换的高阶贡献，其他介子交换(赝标，标量，更重的介子等)会带来一些修正。由于重夸克味道对称性，底强子间的相互作用与粲强子一样，但由于底强子更大的质量，我们预期更深的束缚态的存在。 轻介子交换为原子核以及其他强子系统的形成，比如上述的强子分子态，提供了重要的束缚力。Okubo-Zweig-Iizuka(OZI)允许的轻介子交换发生在组分中含有轻夸克的强子对之间。而对于全重强子，它们之间只能通过软胶子交换进行相互作用。在强子层次，在满足同位旋或者SU(3)味道对称性的前提下，这种机制对应于交换一对轻强子，即交换的软胶子在长程部分强子化为ππ，K(K)以及更重的强子(对)，尽管它们形式上是OZI压低的。通过对比不同能标下的有效拉氏量我们可以将重强子和胶子的耦合与重强子与ππ，K(K)等强子对的耦合联系起来，进而利用色散关系算出两个全重强子交换ππ-K(K)的相互作用的势能。这种相互作用为J/ψJ/ψ分子态的形成提供了很大一部分束缚力。由于全重重子与胶子的耦合强于相应的重夸克偶素与胶子的耦合，我们预期全重重子更容易形成强子分子态。这些全重系统形成的强子态在最近的实验和格点计算中都有体现。我们拟合LHCb测量的J/ψJ/ψ不变质量谱发现了一个J/ψJ/ψ阈值附近的极点，它具有很大的分子态成分。格点中也发现ΩcccΩccc以及ΩbbbΩbbb系统可以形成束缚态。我们的计算中包含很多不确定性，所以我们得到的结果只是对这些全重强子分子态的形成给出了初步的解释，我们还需要后续更多的实验与格点结果做进一步的探究。
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