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本论文主要讨论的是有效场论方法在核子-反核子系统中的应用,包括利用有效场论来理解BES和BABAR所观测到的pp近阈增强以及pp的近阈弹性散射过程。
近年来BES报道了J/ψ→γpp中观测到末态pp有近阈增强的现象,BABAR报道了e+e-→pp中末态的pp也有近阈增强的现象。这些实验现象引起了人们对核子-反核子系统相互作用的兴趣。本文中我们假设BES和BABAR所观测到的pp近阈增强来自于核子-反核子的末态相互作用,即认为短距离产生的核子-反核子系统经过末态相互作用最终演化成实验上探测到的pp。首先我们研究了核子-反核子之间交换π介子的长程末态相互作用。利用重散射机制,我们将核子-反核子交换任意个π介子的梯形图求和起来得到重散射振幅。我们发现这样的重散射振幅可以用来解释BES和BABAR所观测到的pp近阈增强。但是核子-反核子会发生湮灭过程,因此只考虑了交换π的长程相互作用不足以描述核子-反核子系统。这具体表现在只考虑交换π介子的重散射振幅并不能描述近阈处的pp弹性散射过程。
为了能够得到对核子-反核子体系的系统描述,我们需要一个能同时描述BES,BABAR中的pp近阈增强现象以及pp近阈弹性散射的理论。为此我们在有效场论的框架下进一步考虑了核子-反核子系统的短程相互作用。其中短程相互作用是以四费米子算符的形式进入有效拉氏量中的,同时四费子算符的系数可以有虚部,虚部用来包含湮灭效应。利用包含πN相互作用顶点及四费米子算符的有效拉氏量,我们得到重散射振幅。在假设BES和BABAR的观测到的pp近阈增强来自核子-反核子末态相互作用的前提下,我们可以利用重散射振幅同时描述BES和BABAR观测的pp近阈增强现象以及近阈的pp弹性散射。
为了更深入地研究核子-反核子的有效场论,我们系统地研究了pp近阈弹性散射的次领头阶修正。我们发现包含了次领头阶修正的振幅可以描述近阈的pp弹性散射。我们同时还研究了在次领头阶的重散射,其同样可以描述近阈的pp的弹性散射。
在本论文的最后一部分,我们讨论了X(3872)在PANDA上的产生。作为近年来新发现的粒子之一X(3872),其性质目前还没有确定的结论。X(3872)性质的研究除了理论上需要进一步讨论外,更需要实验上能提供相关的数据。因此我们分别讨论TX(3872)作为D介子束缚态以及作为粲夸克偶素xc1(2P)在PANDA上的产生截面。研究表明PANDA上关于X(3872)的实验将有希望确定X(3872)的性质。