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重子激发态的研究,对于我们认识重子的内部结构以及强相互作用在非微扰区的性质具有十分重要的意义。目前,在COSY/Jülich利用质子-质子散射研究重子共振态的实验已经展开,这为寻找“失踪的”重子共振态提供了全新的强有力的实验研究手段。同时,我国已建成的HIRFL-CSR是处于同一能区的加速器系统,它同样可以提供最大入射动能为2.88GeV的质子束流和产生多种强子及其激发态,并拟筹建4π强子探测器,这将使我们在利用质子-质子散射研究重子激发态这个领域占有独特的优势。
反应道pp→pnπ+是在COSY/HIRFL-CSR能区的质子一质子散射中总截面最大的非弹性散射道。最近,CELSIUS-WASA合作组在该反应的实验中发现了N*(1440)共振态存在的非常明显的迹象。然而,以往的理论研究从未考虑过该共振态的贡献。我们基于一种有效拉氏量的方法以及关于N*(1440)共振态已有的知识,首次研究了N*(1440)在该反应中的贡献,发现来自N*(1440)的贡献从入射质子束动能1.1GeV开始变得非常重要,这与新的实验观测结果十分一致。同时发现,t道σ介子的交换是反应中N*(1440)产生的主要机制。
为了更全面深入地研究N*(1440)及其他一些共振态,我们还把对pp→pnπ+反应的研究推广到中高能区,考察了所有2.0GeV以下的共振态对此反应的贡献,并给出了入射质子束动能2.88GeV时的各种微分截面理论预言。我们发现,N*(1440)的贡献在更高的能量下依然占主导地位,另外来自N*(1680)的贡献从入射质子束动能2.0GeV开始变得重要。这将为今后HIRFL-CSR上的强子物理实验提供一定的理论指导。我们还对类似反应道(p)p→(p)nπ+做了理论研究,发现这是研究N*(1440)共振态性质的最干净的反应道,也是寻找与Nσ耦合强的“失踪的”共振态的最佳场所。以上两个反应道的对比研究将有助于对N*更深入的理解。