近日，蘭州大學(xué)稀有同位素前沿科學(xué)中心青年研究員劉明珠及其合作者應(yīng)邀在物理學(xué)頂級(jí)期刊《Physics Reports》上發(fā)表題為《Three ways to decipher the nature of exotic hadrons: multiplets, three-body hadronic molecules, and correlation functions》(Physics Reports,2025, 1108，1–108)的長篇綜述文章。蘭州大學(xué)為第一單位，劉明珠為論文第一作者，北京航空航天大學(xué)耿立升教授為通訊作者。
強(qiáng)相互作用是自然界四種基本相互作用之一，其基本自由度是夸克和膠子。強(qiáng)相互作用的基本理論是量子色動(dòng)力學(xué)(QCD)，它具有兩個(gè)重要特性：漸近自由和色禁閉。漸近自由意味著強(qiáng)相互作用在低能狀態(tài)下變得較強(qiáng)，使得微擾理論不再適用;而色禁閉則表示在低能狀態(tài)下，強(qiáng)相互作用的自由度是強(qiáng)子，而非夸克和膠子，這導(dǎo)致理論和實(shí)驗(yàn)自由度之間的不匹配。這些特性使得在低能區(qū)進(jìn)行強(qiáng)相互作用的理論和實(shí)驗(yàn)研究極為困難。強(qiáng)相互作用研究因此成為全球大科學(xué)裝置的主要研究目標(biāo)，被列入國家自然科學(xué)基金委“十四五”規(guī)劃的第15個(gè)優(yōu)先研究方向。
1964年，美國物理學(xué)家默里·蓋爾曼和喬治·茨威格分別獨(dú)立提出了夸克模型，成功解釋了當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)的所有強(qiáng)子。根據(jù)夸克模型，強(qiáng)子可以分為由正反夸克組成的介子或由三個(gè)夸克組成的重子。該理論取得了巨大的成功，蓋爾曼因此獲得了1969年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。然而，自2003年以來，實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)了一系列不同于傳統(tǒng)介子或重子的新強(qiáng)子態(tài)，如X(3872)、Zc (3900)、Pc (4312)、X(6900)等。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)夸克模型提出了挑戰(zhàn)，同時(shí)也為深入研究強(qiáng)相互作用提供了新的機(jī)遇。絕大多數(shù)新強(qiáng)子態(tài)位于一對(duì)傳統(tǒng)強(qiáng)子的質(zhì)量閾值附近，因此是強(qiáng)子分子態(tài)的可能候選者。最常見的強(qiáng)子分子態(tài)是原子核及超核，通常被認(rèn)為是由核子(質(zhì)子、中子)及超子(如Λ超子)在核力作用下形成的弱束縛體系。
三種研究奇特強(qiáng)子分子態(tài)構(gòu)型及對(duì)應(yīng)的強(qiáng)子-強(qiáng)子相互作用的系統(tǒng)方法
理解新強(qiáng)子態(tài)的內(nèi)部構(gòu)型、研究強(qiáng)子-強(qiáng)子相互作用是當(dāng)前強(qiáng)子物理研究的重要課題。該文章系統(tǒng)綜述了檢驗(yàn)兩體非微擾強(qiáng)相互作用及相關(guān)新強(qiáng)子分子態(tài)構(gòu)型的三種系統(tǒng)方法：多重態(tài)強(qiáng)子分子態(tài)、三體強(qiáng)子分子態(tài)和動(dòng)量關(guān)聯(lián)函數(shù)。如圖所示：方法一通過檢驗(yàn)強(qiáng)子分子態(tài)候選者由對(duì)稱性關(guān)聯(lián)的伙伴態(tài)的存在與否來驗(yàn)證其分子態(tài)構(gòu)型;方法二通過相關(guān)三體強(qiáng)子分子態(tài)的存在與否來檢驗(yàn)強(qiáng)子-強(qiáng)子相互作用及相應(yīng)的分子態(tài)構(gòu)型;方法三利用在強(qiáng)子對(duì)撞過程中產(chǎn)生的粒子對(duì)之間的動(dòng)量關(guān)聯(lián)函數(shù)直接研究強(qiáng)子-強(qiáng)子相互作用，從而檢驗(yàn)其可能對(duì)應(yīng)的分子態(tài)構(gòu)型。綜述系統(tǒng)回顧了對(duì)多重態(tài)強(qiáng)子分子態(tài)、三體強(qiáng)子分子態(tài)的譜學(xué)、衰變和產(chǎn)率等可觀測(cè)量及兩強(qiáng)子關(guān)聯(lián)函數(shù)等可觀測(cè)量的眾多研究，為未來實(shí)驗(yàn)及格點(diǎn)量子色動(dòng)力學(xué)研究強(qiáng)子-強(qiáng)子相互作用和檢驗(yàn)相關(guān)的新強(qiáng)子態(tài)分子態(tài)構(gòu)型提供了重要的理論參考并指出了可能的突破方向。
《Physics Reports》創(chuàng)刊于1971年，每年只發(fā)表約50篇文章，是物理學(xué)和交叉學(xué)科類久負(fù)盛名、最具影響力的國際綜述性期刊之一，近五年平均SCI影響因子為25.9。該刊每期只發(fā)表一篇論文，全部由雜志編輯邀約在全球相關(guān)領(lǐng)域做出突出貢獻(xiàn)的專家學(xué)者撰稿，對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展具有重要的引領(lǐng)和指導(dǎo)作用。
