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对核子结构的研究一直是强子物理研究的基本课题。尽管各种低能QCD模型的预言使人们对核子的结构有了一定的了解,但仍然有大量的问题存在,如核子最低的两个正负宇称态的能级次序,即Roper共振问题,质子中的u和d的不对称和核子中的奇异性等。最近的几个电弱相干实验均给出了一致的结果:质子的奇异磁矩和奇异半径可能不为零,且为正。这意味着质子中可能含有包括ss的非微扰的五夸克成分。已有的理论工作表明,质子中的uudss成分可能主要是以夸克对有色集团的形式存在,而不是以传统的介子云无色集团的形式存在,一些关于最轻的负宇称核子激发态N*(1535)的研究支持这种关于重子中的五夸克成分的新图象。
本文的主要工作是考虑了重子结构中除三夸克成分外,还可能存在的五夸克成分(qqqqq),即四个夸克加上一个反夸克构成的具有正宇称的荷色夸克团结构。在组分夸克模型理论的框架下,结合实验数据,对包括最低能量的五夸克组态的基态重子的自旋结构等特性,如重子的磁矩、自旋以及轴矢量弱耦合常数,进行了分析和讨论。计算结果表明,考虑了qqqqq分量后重子中奇异夸克对自旋的贡献和极化中子的自旋分布基本和实验结果符合一致,加上一些已有的能够合理解释组分夸克模型所不能解决的重子激发态问题的工作,表明了传统的三夸克图象不再是一个好的近似,在重子和重子激发态中引入五夸克分量混合的机制是可行的。本研究对重子自旋结构的分析和讨论表明了在核子中有大约20%的五夸克成分,这无疑使我们对重子内部的夸克结构的认识得到进一步的深入。进一步的工作是在扩展现有模型的基础上分析重子的其他性质,为实验研究提供了可行的理论依据。