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核子共振态是强子物理研究的基本课题之一。量子色动力学(QCD)是目前公认的强相互作用的基本理论,由于QCD在低能区高度非微扰,严格求解QCD来认识核子及其共振态还有困难。各种低能QCD模型,如组分夸克势模型一直被发展起来解释核子结构性质,并在核子基态性质方面取得了巨大的成功。然而三组分夸克模型在解释激发态性质时不是如此成功,如不能恰当地给出核子最低正负宇称共振态的能级次序。电生过程是实验上研究核子共振态的有效途径之一,已积累了核子低激发态的大量实验数据,因此,定量地解释这些实验数据的理论尝试应是很有必要的。
已有的理论工作表明,核子中除了三夸克组分外,可能还存在非微扰的五夸克组分,且以带色的夸克团形式存在。这一色夸克团模型已促进了对核子及其低激发态结构性质的理解。基于此模型在对核子低共振态的电生振幅的初步理论计算中,只考虑了非相对论的电磁跃迁算符。本文的工作就是在同样的模型框架下,考虑核子及其低正负宇称共振态的五夸克组分,特别是电磁跃迁算符的相对论修正,计算了核子低正负宇称共振态的电生振幅。结果表明,相对论修正对核子低共振态电生振幅有重要的贡献,其数值与五夸克组分的贡献相当。考虑了五夸克组分和跃迁算符的相对论修正后,计算得到的核子低激发态的电生振幅与实验值符合得更好。这在一定程度上说明了色夸克团模型的有效性,提供了核子及其低共振态内部结构的重要信息。
本文的主要内容包括:首先,在传统的三夸克模型基础上,综述了核子及核子低正负宇称激发态中可能包含的五夸克组分,在坐标、味、自旋和色空间对称性分析的基础上,构造了核子及核子低正负宇称激发态的波函数。其次,在非相对论电磁跃迁算符的基础上,讨论了它的相对论修正,包括轨道-自旋耦合项和多体项在内的相对论修正项。最后,计算了相对论修正和五夸克组分对核子低激发态电生振幅的贡献,并对比实验数据进行了分析和讨论。