§5 重强子物理

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1、§5重强子物理粒子物理中一般将u,d和s夸克称作轻夸克，对夸克质量比大的称作重夸克，所以c,b和t都称作重夸克。由重夸克组成的强子称作重强子，由于t夸克的质量太大，这里只讨论含c和b夸克的强子。在弱衰变过程中出现的非常丰富的现象可以提供许多关于基本粒子相互作用性质的信息。在粒子物理的历史上，核的ß衰变和μ子的衰变实验揭示了在低动量转换下味改变的相互作用的结构。今天，含重夸克强子的弱衰变可用来检验标准模型及测定它的参数。特别是它可提供最直接的确定弱混合角的方法，检验CKM矩阵的幺正性及探讨CP破坏的物理。另外，强子弱衰变还可提供关于一些至

2、今仍了解很少的强作用现象，如强子内夸克和胶子的禁闭。在标准模型中，弱作用的结构是相当简单的。味改变的衰变是通过电荷流和W波色子场的耦合ℒCC这里，包含左手轻子和夸克场，和CKM矩阵。按照电荷流相互作用的结构，强子弱衰变可分为三类：轻子衰变，即强子中的夸克相互湮灭，这样终态只出现轻子；半轻子衰变，在终态中同时出现轻子和强子；还有非轻子衰变，终态只有强子组成。这三种衰变可用下图表示。图cern96-04p.1225然而这是非常简化了的，实际上，夸克通过交换软胶子而禁闭在强子内。在强子弱衰变过程中包含有弱力和强力间的相互交叉。下图是更接近真实

3、情形的非轻子衰变的表示。强作用的复杂性增加了出现在终态中夸克的数目。在轻子衰变中的束缚态的影响可归结为单个参数（衰变常数），而在半轻子衰变中是96-04p123Fig.I.2用不变形状因子来表示，它依赖于强之间的动量转移q2。由强作用的近似对称性可可导出对这些形状因子的性质的限制。对非轻子衰变，即使是最简单的衰变模式，我们至今还不能对强作用的影响做出定量的分析。近十年来，在高能正负电子对撞机和强子对撞机上的实验提供了更详细的关于标准模型中关于‘味’部分的知识。在这方面，已有一些很重要的发现如的混合，的跃迁及由‘企鹅’算符感生的稀有衰变。

4、实验上在重味物理方面进展的同时在理论上也有很重要的进展，关于重夸克对称性的发现及发展了重夸克有效理论。一.重夸克对称重夸克对称的思想和重夸克有效理论是描述含重夸克强子衰变和性质的主要理论框架。1.物理图像含有重夸克系统的强相互作用比起只有轻夸克的系统来说要容易些。因为，a).由于强作用的渐近自由特性。QCD的有效耦合常数在大动量转移即短程作用过程变的较弱。而在长程作用时较强，引起非微扰现象，如夸克和胶子的禁闭发生在长度标度为量级，这也就决定了强子的尺度。可粗略地把看作分隔耦合常数大和小的能标。当夸克Q的质量比这5数值大很多时，即时，这种

5、夸克味称作重夸克。因而很自然地将标准模型的夸克分为两类，上(up)，下(down)和奇异(strang)夸克称作轻夸克，粲(charm),底(bottom)和顶(top)夸克称作重夸克。对重夸克来说，有效耦合常数小，就是说长度标度可和康普顿波长相比拟，这样强作用是一种微扰作用，类似于电磁作用。对夸克素的系统，它的尺约为，实际上可看作是一个类氢系统。因为有渐进自由的特点，所以可对粲素或底夸克素的状态作出预言。对由重夸克和其他轻夸克组成的系统就较复杂了。这种系统的尺度及轻，重组分间的动量交换的典型值的量级与和差不多。这时重夸克是被更复杂的夸

6、克，反夸克和胶子的强作用云所包围。然而，重夸克的康普顿波长比强子的尺寸要小得多，即，这就可以作一些简化。为了解重夸克的量子数需要有硬探针；而重夸克和轻组分间的软胶子交换只能在比大得多的距离才分辨。所以，轻自由度对重夸克的自旋取向和味（质量）是没有感觉的。它们只感受到它的色场，由于‘禁闭’，色场可以延伸到大距离。在重夸克的静止系内，实际上只有色电场是重要的，相对论效应，如色磁，当就消失了。因为重夸克的自旋只有通过相对论效应才参与相互作用，所以它就无关了。这样重夸克的质量也就变得无关了，可以认为当时，重夸克与包含它的强子就应有相同的速度。这

7、样在强子的静止系中重夸克也是静止的。轻组分的波函数由解QCD的场方程，以在重夸克处一个三重态色院为边界条件。边界条件和无关，所以得到的是轻组分的组态。由上面的讨论可推出，当时，对只是重夸克的味或自旋量子数不同的强子系统它们的轻自由度的组态应都是相同的。虽然根据这样的论述我们仍不能计算这些组态，但它提供了这些重介子如，B,D,B*和D*，或重重子，如的性质间的关系（在一定的范围内，这些系统对夸克质量的修正是小的）。这些关系是由在低能下重夸克的有效强相互作用的具有某些近似对称性5而导致的。在含有单一的重夸克（其速度为v）的强子内，轻自由度的

8、组态只要重夸克的速度不变，并不会随重夸克的味和自旋而改变。不同的重夸克都引起相同的静止色场。对有Nh个重夸克味，就有SU(2Nh)自旋-味对称群，在这对称性下有效强作用是不变的。这些对称性和原子的特性很类似