Object

Alternative title:

Charakterystyka konwencjonalnych oraz niekonwencjonalnych skalarnych oraz wektorowych mezonów

Abstract:

Pomimo ogromnego postępu w dziedzinie fizyki cząstek elementarnych wciąż niewyjaśnionych pozostaje wiele kwestii, które mogą przyczynić się do lepszego zrozumienia budowy materii. Spośród ogromnej liczby istniejących cząstek, w niniejszej pracy uwagę skupiamy na konwencjonalnych oraz niekonwencjonalnych mezonach opisanych skalarnymi oraz wektorowymi liczbami kwantowymi.Mezony konwencjonalne, które w przyrodzie występują w zdecydowanej większości, składaja się z par kwark-antykwark. Znanych jest jednak coraz więcej dowodów potwierdzających istnienie mezonów niekonwencjonalnych takich jak glueballe, hybrydy czy też obiekty czterokwarkowe, których budowa wykracza poza ten prosty schemat. Stosując efektywne modele kwantowej teorii pola systematyzujemy wiedzę dotyczącą mezonów konwencjonalnych, wyjaśniamy naturę kilku zagadkowych mezonów niekonwencjonalnych oraz dokonujemy licznych przewidywań teoretycznych. Zrozumieliśmy, że dwa nonety mezonów wektorowych, jeden ze wzbudzeniem radialnym zawierającym stany {ρ(1450), K*(1410), ω(1420), Φ(1680)}, drugi ze wzbudzeniem orbitalnym ze stanami {ρ(1700), K*(1680), ω(1650), Φ(1959)}, bardzo dobrze wpisują się w obraz konwencjonalny. Oprócz analizy szeregu kanałów rozpadu dokonujemy przewidywań dla nieodkrytego jeszcze eksperymentalnie stanu s\bar{s} o liczbach kwantowych 1 3D1, w niniejszej pracy oznaczonego jako Φ(1959). Wykazaliśmy, że poszukiwany stan rozpada się głównie do kanałów $ \bar{K}K ^ * (892) $ oraz $ \bar{K}K $, ale możliwy jest również rozpad do pary γη. Taki wynik daje nadzieję na odkrycie mezonu Φ(1959) w trwających eksperymentach GlueX i CLAS12 w Jefferson Lab. Co dotyczy mezonów niekonwencjonalnych, pokazaliśmy, że naturę niektórych z nich można zrozumieć poprzez mechanizm dynamicznej generacji biegunów stowarzyszonych. Analiza sektora skalarnego potwierdziła istnienie enigmatycznego stanu K*0(700), dopełniającego nonet lekkich mezonów poniżej energii 1 GeV. Nasze wyniki stanowią dodatkowy i niezależny dowód na to, że K*0(700) powinien zostać zaakceptowany w spisie cząstek elementarnych w Particle Data Book jako odrębny mezon. Co więcej, wykazaliśmy, że K*0(700) można interpretować jako dynamicznie generowany biegun stowarzyszony do cięższego konwencjonalnego mezonu K*0(1430). Podobna sytuacja ma miejsce w sektorze wektorowym, gdzie uwagę skupiamy na stanie X(3872). Pomimo licznych dowodów eksperymentalnych potwierdzających istnienie tego mezonu, jego natura wciąż pozostaje niewyjaśniona. Nasza analiza pokazuje, że X(3872) jest dynamicznie generowanym, wirtualnym biegunem stowarzyszonym do konwencjonalnego stanu χc1(2P), dla którego również poczyniono przewidywania teoretyczne. Stosując podobny formalizm, zbadaliśmy zagadkowy stan Y(4008), zaobserwowany w eksperymencie przeprowadzonym przez kolaborację Belle. Bardziej szczegółowa analiza pokazuje jednak, że Y(4008) nie jest realnym stanem a jedynie konsekwencją silnego sprzężenia mezonu Ψ(4040) z pętla DD* poprzez którą ten rozpada się w kanał π++π-J/Ψ. Dochodzimy do wniosku, że nie każda wypukłość pojawiająca się w danych eksperymentalnych odpowiada realnej cząstce.

Enormous progress in physics, both on experimental and theoretical side, enriched our knowledge about the particles which build matter. Among those particles there are mesons, to which this thesis is entirely devoted. The overwhelming majority of mesons is made of ‘conventional’ quark-antiquark pairs, but nowadays there is mounting evidence for ‘non-conventional’ mesons, such as tetraquarks, glueballs, hybrids, and molecules.The main aim of this thesis is to understand the nature of some scalar and vector mesonic resonances which still remain puzzling and need to be clarified. After a short introduction concerning mesons in the context of Quantum Chromodynamics (QCD), we present the theoretical formalism which we use throughout this work. Next, we investigate two nonets of conventional (quark-antiquark) excited vector mesons. Within an effective Quantum Field Theoretical (QFT) model we evaluate various decay channels of these states and compare the results with existing experimental data listed in the Particle Data Group (PDG). Moreover, we make predictions for a not-yet observed strange-antistrange state with 1 3D1 quantum numbers. Some non-conventional mesons can be understood by the mechanism of dynamical generation. We show that the inclusion of a single conventional quark-antiquark seed in the relativistic QFT Lagrangian may cause the appearance of an additional associated state as a dynamically generated companion pole. This is a consequence of the strong coupling of the standard quark-antiquark seed to its decay products generating quantum fluctuations which modify the propagator (and thus the spectral function) of the original meson. Along this line, we show that light scalar kaon K*0(700), which is not yet well understood, emerges as a companion pole of the heavier quark-antiquark meson K*0(1430). Moreover, we show that the enigmatic axial-vector resonance X(3872) in the charmonium sector can be interpreted as the (virtual) companion pole of the conventional charm-anticharm state χc1(2P). By applying the same theoretical formalism to the vector charmonium sector, we study the conventional charm-anticharm meson Ψ(4040). We find out that an additional companion pole appears on the complex plane. At first sight one may identify it with the puzzling enhancement Y (4008) observed by the Belle Collaboration. However a detailed analysis reveals that an utterly different mechanism, independent of the existence of the companion pole, is responsible for the creation of Y(4008). Hence, the bump associated with Y(4008) should not be interpreted as an independent resonance, but rather as a manifestation of the strong coupling of Ψ(4040) to the D*D channel.

Additional notes:

Streszcz. pol. ; Zawiera bibliografię

Identifier:

oai:bibliotekacyfrowa.ujk.edu.pl:4739

Computer catalogue:

click here to follow the link

Language:

eng

Degree name:

doktor

Date obtained:

31.03.2021

Degree grantor:

Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach

Supervisor:

Giacosa, Francesco ; Kovács, Péter. Promotor pomocniczy

Field:

Dziedzina nauk ścisłych i przyrodniczych

Scientific disciplines:

Nauki fizyczne

Faculty:

Wydział Nauk Ścisłych i Przyrodniczych

Type:

rozprawa doktorska

Access rights:

tylko w Oddziale Informacji Naukowej

Publication status:

niepublikowana