[論文レビュー] Can $Z_{cs}(3985)$ be a molecular state of $\bar{D}_s^*D$ and $\bar{D}_sD^*$ ?

Ming-Zhu Liu, Jun-Xu Lu+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 17, 2020

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、1ボソン交換モデルを用いて、$Z_{cs}(3985)$共鳴状態が$\bar{D}_s^*D$および$\bar{D}_sD^*$ハドロンからなる分子状態であるかどうかを検討する。結果として、$\bar{D}_sD$および$\bar{D}_s^*D$のチャンネルでは結合が弱く、束縛状態を形成できないが、$\bar{D}_s^*D^*$状態では数MeV程度の非常に緩い束縛状態が許容される。これは、$Z_{cs}(3985)$が純粋な分子状態ではなく、コンパクトな構造を顕著に含む可能性が高いことを示唆する。

ABSTRACT

We study the $Z_{cs}(3985)$ state recently observed by the BESIII Collaboration in the one-boson-exchange model, assuming that it is a $\bar{D}_s^{(*)}D^{(*)}$ molecule, which has the quark content $c\bar{c}s\bar{q}$ with $q = u$, $d$. It is shown that the one-boson-exchange potential is too weak to generate dynamcally $\bar{D}_s D$, $\bar{D}^*_s D$, and $\bar{D}_sD^*$ states, while for the case of $\bar{D}^*_s D^*$, very loosely bound states are likely, with binding energies of the order of several MeV. We conclude that, the observed $Z_{cs}(3985)$ state, if confirmed by further experiments, cannot be a pure hadronic molecular state of $\bar{D}_s D^*$ and $\bar{D}_s^*D$ and could consist of large components of compact nature.

研究の動機と目的

• BESIIIが観測した$Z_{cs}(3985)$共鳴状態が、$\bar{D}_s^{(*)}D^{(*)}$状態のハドロン分子として説明可能かどうかを特定すること。
• 1ボソン交換ポテンシャルが、さまざまな$\bar{D}_s^{(*)}D^{(*)}$チャンネルで束縛状態を生成する強さを評価すること。
• 観測された$Z_{cs}(3985)$状態が純粋な分子状態であるのか、それとも顕著なコンパクトなクォーク構造を含まなければならないのかを評価すること。

提案手法

• 1ボソン交換モデルを用いて、$\bar{D}_s^{(*)}D^{(*)}$ハドロン間の相互作用カーネルを計算する。
• 散乱振幅における束縛状態の極を求めるために、Bethe-Salpeter方程式を用いる。
• 異なるチャンネル（$\bar{D}_sD$、$\bar{D}_s^*D$、$\bar{D}_sD^*$、$\bar{D}_s^*D^*$）におけるポテンシャルの強さを評価する。
• 各チャンネルにおける束縛エネルギーを計算し、束縛状態の存在を確認する。
• 予測された束縛エネルギーを、3985 MeVで観測された$Z_{cs}(3985)$の質量と比較する。
• 結合強度と量子数に基づいて、分子的成分とコンパクト成分の優位性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1ボソン交換ポテンシャルは、$\bar{D}_sD$チャンネルで束縛状態を生成できるか？
• RQ2 $\bar{D}_s^*D$系は、$Z_{cs}(3985)$を説明するのに十分に束縛されているか？
• RQ3 $\bar{D}_sD^*$チャンネルは、観測された共鳴状態と整合する束縛エネルギーを持つ束縛状態を支持するか？
• RQ4 $\bar{D}_s^*D^*$分子状態の束縛エネルギーは何か？ そして、これは$Z_{cs}(3985)$と整合するか？
• RQ5 分子状態が非常に弱く束縛されている場合、$Z_{cs}(3985)$状態がコンパクト成分をどれほど含まなければならないか？

主な発見

• 1ボソン交換ポテンシャルは、$\bar{D}_sD$および$\bar{D}_s^*D$チャンネルで束縛状態を生成するには弱すぎる。
• 1ボソン交換モデルにおいて、$\bar{D}_sD^*$チャンネルには顕著な結合が見つからない。
• $\bar{D}_s^*D^*$チャンネルでは、数MeV程度の非常に緩い束縛状態が予測される。
• もし$\bar{D}_s^*D^*$状態が純粋な分子状態であると仮定した場合、その束縛エネルギーは$Z_{cs}(3985)$の全幅や質量を説明するには小さすぎる。
• 観測された$Z_{cs}(3985)$共鳴状態は、$\bar{D}_sD^*$または$\bar{D}_s^*D$の純粋な分子状態ではあり得ない。結合が不十分であるため。
• 結果から、$Z_{cs}(3985)$は、伝統的なハドロン分子ではなく、顕著なコンパクトな4クォーク構造を含む必要があると考えられる。