[論文レビュー] A coupled-channel analysis of the $X(3872)$ lineshape with BESIII data

BESIII Collaboration, F. De Mori+623 more|arXiv (Cornell University)|Sep 4, 2023

Atomic and Molecular PhysicsPhysics and Astronomy被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、BESIIIデータを用いて$X(3872)$共鳴状態のカップルドチャンネル解析を実施し、$D^0\bar{D}^0\pi^0$および$\pi^+\pi^-J/\psi$崩壊チャンネルにおける線幅形状をフィットした。解析により、$X(3872)$の質量は$3871.63 \pm 0.13^{+0.06}_{-0.05}$ MeV、幅は$2.67 \pm 1.77^{+8.01}_{-0.82}$ MeV、結合定数$g = 0.16 \pm 0.10^{+1.12}_{-0.11}$が得られ、有効範囲が負であることが示され、分子的でない成分を有することが示唆された。

ABSTRACT

We perform a study of the $X(3872)$ lineshape using the data samples of $e^+e^- oγX(3872)$, $X(3872) o D^0\bar{D}^0 π^0$ and $π^+π^- J/ψ$ collected with the BESIII detector. The effects of the coupled-channels and the off-shell $D^{*0}$ are included in the parameterization of the lineshape. The lineshape mass parameter is obtained to be $M_{X}=(3871.63\pm 0.13^{+0.06}_{-0.05})$ MeV. Two poles are found on the first and second Riemann sheets corresponding to the $D^{*0}\bar{D}^0$ branch cut. The pole location on the first sheet is much closer to the $D^{*0}\bar{D}^0$ threshold than the other, and is determined to be $7.04\pm0.15^{+0.07}_{-0.08}$ MeV above the $D^0\bar{D}^0π^0$ threshold with an imaginary part $-0.19\pm0.08^{+0.14}_{-0.19}$ MeV.

研究の動機と目的

• 高精度なBESIIIデータを用いて、$X(3872)$共鳴状態の線幅形状パラメータを特定すること。
• $D^{*}\bar{D}$および$D^0\bar{D}^0\pi^0$最終状態におけるカップルドチャンネル力学を解析することで、$X(3872)$の性質を調査すること。
• 有効範囲展開パラメータと場の正規化定数を用いて、$X(3872)$の構成性および分子的性質を評価すること。
• 有効範囲理論を用いて$X(3872)$とドデュームを比較し、場の正規化定数$Z$を抽出すること。

提案手法

• $X(3872)$の線幅形状を抽出するために、$D^0\bar{D}^0\pi^0$および$\pi^+\pi^-J/\psi$の不変質量分布を同時にフィットする。
• 有効範囲展開（ERE）を用いてカップルドチャンネル振幅をモデル化し、パラメータとして散乱長$a$と有効範囲$r_e$を用いる。
• 結合エネルギー$E_B$および運動量スケール$\gamma = \sqrt{2\mu_{p}E_B}$を含む関係式を用いて、場の正規化定数$Z$をEREパラメータから抽出する。
• 統計的および系統的不確実性を考慮し、比較のため単一チャンネル$D^*\bar{D}$モデルを簡略化して用いる。
• 範囲補正項$\mathcal{O}(\beta^{-1})$は約$1.4$ fmと推定され、これはパイオニウム質量スケールに対応する。
• 一般化された構成性$\widetilde{X}_A$を用いて、ドデュームと比較し、分子的性質を評価する。

(a)

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 BESIIIデータから得られた$X(3872)$共鳴状態の正確な質量、幅、結合定数は何か？
• RQ2 $X(3872)$の$D^*\bar{D}$相互作用の有効範囲は、分子的または非分子的性質を支持するか？
• RQ3 $X(3872)$の場の正規化定数$Z$はドデュームと比較してどう異なるか？これはその構成性に何を示唆するか？
• RQ4 EREパラメータに基づいて、$X(3872)$は主に分子的状態として記述できるか？それとも、基本的成分の証拠があるか？
• RQ5 EREパラメータの不確実性は、$X(3872)$の内部構造の解釈にどのように影響するか？

主な発見

• $X(3872}$の質量は$3871.63 \pm 0.13^{+0.06}_{-0.05}$ MeVと測定され、第一の不確実性は統計的で、第二の不確実性は系統的である。
• 全幅は$2.67 \pm 1.77^{+8.01}_{-0.82}$ MeVと決定され、大きな上側系統的不確実性は顕著な実験的課題を反映している。
• 結合定数$g$は$0.16 \pm 0.10^{+1.12}_{-0.11}$と求められ、弱い結合共鳴であることが示された。
• 有効範囲$r_e$は$-4.1^{+0.9+2.8}_{-3.3-4.4}$ fmと決定され、負の値であり、ドデュームの正の有効範囲（$+1.75$ fm）とは不一致であり、非分子的成分を示唆する。
• 場の正規化定数は$Z = 0.18$と推定され、$X(3872)$の波動関数に顕著な非分子的（基本的）成分が存在することを示唆する。
• 大きな不確実性にもかかわらず、一般化された構成性$\widetilde{X}_A$は、$X(3872)$とドデュームが類似した構成性を持つが、負の$r_e$は異なる力学的起源を示唆している。

(b)