[論文レビュー] Charm spectroscopy beyond the constituent quark model

Jorge Segovia, D. R. Entem+1 more|ArXiv.org|Oct 16, 2008

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、スクリーン化されたコンfinementポテンシャルと四クォーク状態へのクォーク-反クォーク混合を用いて、標準的構成クォーク模型を越えた特異なcharmおよびcharmonia状態を検討する。$D_{sJ}(2860)$ は主に 0⁺ 四クォーク状態であると特定され、$Y(4360)$ と $Y(4660)$ は $1^{--}$ charmonia状態として解釈され、3940 MeV領域の複雑さは特に $Z(3930)$ と $X(4160)$ に対して多クォーク混合に起因するとされ、非摂動的QCDに由来する力学を用いることで実験データとの整合性が向上する。

ABSTRACT

We study the nature of the new charm and charmonium like states observed in the last few years, using a constituent quark model with an screened confinement potential. In the open charm sector we discuss different options for the $D_{sJ}(2860)$ including tetraquark configurations. In the hidden charm sector the new Y(4360) and Y(4660) are interpreted as $1^{--}$ states. The influence in the puzzling 3940 MeV region of multiquark configuration is discussed.

研究の動機と目的

• 新しく観測されたcharmおよびcharmonia状態、特に $D_{sJ}(2860)$、$Y(4360)$、$X(3940)$ の異常な性質を、標準的クォーク模型の予測から逸脱する点を説明すること。
• 開charm領域における低励起状態の $0^+$ および $1^+$ 状態を説明するための四クォーク状態の役割を評価すること。
• $3940$ MeV領域の謎めいた状態が $q\bar{q}$ フレームワークで記述可能かどうか、あるいは多クォークダイナミクスを要するかを特定すること。
• スクリーン化されたコンfinementポテンシャルを有する構成クォーク模型の予測力が、強い崩壊およびレプトン的崩壊の実験データに対してどの程度妥当かを検証すること。

提案手法

• 格子QCDから導かれたスクリーン化線形ポテンシャルを用いた構成クォーク模型を、軽クォークから重クォークまでのメソンスペクトルを記述するために用いる。
• 軽クォークに対してはメソン交換ポテンシャルによる手術的対称性の破れ効果を、重クォークに対しては一グルーオン交換を組み込む。
• 四クォーク成分は、$q\bar{q} \leftrightarrow qq\bar{q}\bar{q}$ 遷移を記述するパラメータ $\gamma$ を持つ混合ハミルトニアン $H_1$ を介して取り入れる。
• ${}^3P_0$ モデルを用いて強い崩壊幅を計算し、実験的分岐比との比較を可能にする。
• レプトン的幅は波動関数の重なりを用いて計算され、コンフィネーションポテンシャルの平坦化が実験データとの一致を高めることを示す。
• モデルは軽メソンスペクトルによって制約され、開charmおよび隠れcharm状態の実験データに対してテストされる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $D_{sJ}(2860)$ が $D^*K$ に崩壊しないという実験的事実を踏まえ、四クォーク混合が顕著な $0^+$ 状態として一貫して記述可能かどうか。
• RQ2 $X(3872)$、$X(3940)$、$Y(3940)$ のような状態が、単純な $c\bar{c}$ や $c\bar{s}$ 割り当てとは整合しない性質を示す理由。
• RQ3 $Y(4360)$ および $Y(4660)$ 状態がスクリーン化コンフィネーションモデル内において $1^{--}$ charmonia状態として解釈可能かどうか。
• RQ4 特に $Z(3930)$ および $X(4160)$ に対して、多クォーク状態が3940 MeV領域の複雑なスペクトルを説明する上で果たす役割。
• RQ5 四クォーク成分の取り入れが、$D_{sJ}(2460)$ および $D_{sJ}^{*}(2317)$ の質量および崩壊幅の記述をどの程度改善するか。

主な発見

• $D_{sJ}(2860)$ は、四クォーク成分の確率が55%に達する $0^+$ 状態として最も適切に記述され、実験で $D^*K$ への崩壊が観測されないという事実と整合する。
• $Y(4360)$ および $Y(4660)$ 状態は、それぞれ4360 MeVおよび4660 MeVの予測質量を持つ $1^{--}$ charmonia状態として特定され、実験観測と一致する。
• $Z(3930)$ 状態は $\chi_{c2}(2^{3}P_2)$ 状態として特定され、予測質量は3968 MeV、全幅は49.1 MeVであり、実験値と良好に一致する。
• $X(4160)$ 共鳴状態は $\eta_{c2}(1^{3}D_2)$ 状態に割り当てられ、予測質量は4166 MeV、幅は122.9 MeVであり、Belleの観測値4156 MeVと一致する。
• モデルは $Z(3930)$ の二光子幅を0.15 keVとして再現し、実験値0.18 keVに近く、$\chi_{c2}$ 割り当てを支持する。
• $\psi(4360)$ および $\psi(4660)$ 状態は、$D^*\bar{D}^*$ への強い崩壊が強く、理論的幅はそれぞれ89.8 MeVおよび107.9 MeVであり、実験値と不確かさの範囲内で一致する。