[論文レビュー] Charmonium at BES and CLEO-c

T. Barnes|ArXiv.org|Jun 29, 2004

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 8被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、BESおよびCLEO-cにおける charm 結合状態のスペクトルを非相対論的ポテンシャルモデルで提示し、クーロン項と線形項に加えスピン依存項を含むポテンシャルを用いて、電磁遷移および強い崩壊の分岐比を予測する。特に、ψ(3770)、ψ(4040)、ψ(4415)などの状態におけるS-D混合および崩壊振幅の主要なテストを特定し、D*D*崩壊振幅と理論的モデルへの感受性に特に注目する。

ABSTRACT

This paper gives a short summary of some of the aspects of charmonium which can be addressed at BES and CLEO-c and other $e^+e^-$ facilities. These topics include the spectroscopy of charmonium states, radiative transitions, $e^+e^-$ widths, two-photon widths, hadron loop effects and open-flavor strong decays.

研究の動機と目的

• BESおよびCLEO-cなどのe+e−衝突型加速器における、3.73 GeVを超える状態を含むcharm 結合状態のスペクトルおよび崩壊性質を調査すること。
• スピン依存項を含む非相対論的ポテンシャルモデルが、電磁遷移および強い崩壊の実験データに対してどれほど妥当であるかを検証すること。
• ハドロンループ効果および開放フレーバーの強い崩壊が、DDの崩壊分岐比に比べD*D*が優勢であるような異常な分岐比（例：ψ(4040)におけるD*D*の優勢）を説明する役割を調査すること。
• ψ(4415)のような高質量のcharm 結合状態が、D*sJ(2317) や Ds1(2460) といったExotic DsJ状態を生成する源としての可能性を評価すること。
• 正確な分岐比および崩壊振幅の測定を用いて、強い崩壊の理論的モデルをテストするためのフレームワークを提供すること。

提案手法

• クーロン項に類似したポテンシャル、線形的閉じ込め項、およびガウス型スムージングを施したスピンスピンハイパーフィールド相互作用を含むゼロ次近似のハミルトニアンを構築し、c¯c束縛状態を記述する。
• このハミルトニアンを用いてシュレーディンガー方程式を数値的に解き、4.2 GeV未満のcharm 結合状態のゼロ次近似の波動関数を生成する。
• スピン依存補正は、1グルーオン交換によるブライト＝フェルミハミルトニアンを用い、スピン軌道およびテンソル項を含み、スカラー的閉じ込め相互作用に起因するトーマス進化項も含む。
• 得られた波動関数を用いて、電磁遷移（E1、M1、二光子、e+e−）を計算し、分岐比を予測する。
• 開放charm最終状態（DD、DD*、D*D*）への強い崩壊は、3P0崩壊モデルを用いてモデル化し、角運動量結合から得られる振幅比を用いる。
• モデルは11個のよく確立されたcharm 結合状態にフィットされ、パラメータとして αs = 0.5461、b = 0.1425 GeV²、mc = 1.4794 GeV、σ = 1.0946 GeV を得ており、13.6 MeVのrms誤差を示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スピン依存項を含む非相対論的ポテンシャルモデルは、3.73 GeVを超えるcharm 結合状態のスペクトルおよび電磁遷移をどの程度よく記述できるか？
• RQ2 ψ(4040)におけるDD、DD*、D*D*への分岐比は、3P0崩壊モデルの妥当性およびハドロンループ効果の役割をどのように示唆するか？
• RQ3 ψ(4040)およびψ(4159)におけるD*D*崩壊振幅は、3P0モデルの予測、特に5P1と1P1振幅比をテストするのにどの程度有効か？
• RQ4 ψ(4415)は、S波崩壊によるD*sD*sJ(2317)およびDsDs1(2460)への崩壊において、どの程度D*sJ(2317)およびDs1(2460)共鳴状態の生成源として有効か？
• RQ5 ψ(4159)とψ(4040)の両状態において、D*D*最終状態の予測された崩壊振幅、特に5F1の優勢性および1P1/5P1比はどのように異なるか？

主な発見

• パラメータ αs = 0.5461、b = 0.1425 GeV²、mc = 1.4794 GeV、σ = 1.0946 GeV を用いたポテンシャルモデルは、11個の既知のcharm 結合状態の質量を13.6 MeVのrms誤差で再現する。
• モデルは1S、1P、2S多重項内の平均準位位置およびスピン分裂を良好に再現しており、クーリング間のポテンシャルおよびスピン依存力がモデルで適切に記述されていることを示している。
• 3P0崩壊モデルは、ψ(4040)におけるDD*崩壊モードの強く抑制された振る舞いを予測しており、実験データがDD*分岐比がD*D*に比べて著しく小さいことと整合する。
• ψ(4159)においては、D*D*が主要な崩壊モードであると予測され、1P1/5P1振幅比は -√5 であり、D*D*最終状態では5F1振幅が支配的である。
• ψ(4415)は、D*sD*sJ(2317)およびDsDs1(2460)への有意な分岐比を持つと予測され、これら新しく観測された狭いDsJ状態を研究するための有望な源である。
• モデルは、ψ(4415)におけるD*D*崩壊振幅が5F1部分波によって支配的であると予測しており、1P1振幅は5P1振幅よりも√5倍大きい。これは、モデルの検証に特徴的なシグネチャを提供する。