[論文レビュー] Chiral Doubling of Heavy-Light Hadrons: BaBar 2317 MeV and CLEO 2463 MeV Discoveries

Maciej A. Nowak, Mannque Rho+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 8, 2003

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 10

ひとこと要約

この論文は、BaBarの2317 MeV/c²およびCLEOの2463 MeV/c²のcharm中間子が、バリオンにおけるスピン-チャージ対称性の自発的破れから生じるチャーミックパートナ一（パリティ二重状態）であると提案する。質量差約345 MeVは、チャーミッククォーク質量寄与によって説明され、この多重項へのπ中間子の結合定数は自由クォークの半分であり、このパターンは一般に成り立ち、チャーミックWard恒等式によって制約される。

ABSTRACT

We point out that the very recent discoveries of BaBar (2317) and CLEO II (2460) are consistent with the general pattern of spontaneous breaking of chiral symmetry in hadrons built of heavy and light quarks, as originally suggested by us in 1992, and independently by Bardeen and Hill in 1993. The splitting between the chiral doublers follows from a mixing between the light constituent quark mass and the velocity of the heavy quark, and vanishes for a zero constituent quark mass. The general strictures of spontaneous chiral symmetry breaking constrain the axial charges in the chiral multiplet, and yield a mass splitting between the chiral doublers of about 345 MeV when the pion coupling to the doublers is half its coupling to a free quark. The chiral corrections are small. This phenomenon is generic and extends to all heavy-light hadrons. We predict the mass splitting for the chiral doublers of the excited mesons (D1,D2). We suggest that the heavy-light doubling can be used to address issues of chiral symmetry restoration in dense and/or hot hadronic matter. In particular, the relative splitting between D and D* mesons and their chiral partners decreases in matter, with consequences on charmonium evolution at RHIC.

研究の動機と目的

• 観測された2317 MeV/c²および2463 MeV/c²のcharm中間子が、重クォーク-軽クォークハドロンのチャーミック二重状態であることを説明すること。
• これらの状態間の約345 MeVの質量差が、構成クォーク質量による動的チャーミック対称性の破れから生じることを示すこと。
• チャーミック多重項へのπ中間子の結合定数が、自由クォークへの結合定数の約半分であることを示し、実験データと整合すること。
• チャーミック二重状態が、孤立した例ではなく、重クォーク-軽クォークハドロンの一般的な特徴であることを確立すること。
• チャーミックパートナ一の質量差が、高温・高密度のハドロン物質（例：重イオン衝突）におけるチャーミック対称性の回復を調べるプローブとして利用可能であると提言すること。

提案手法

• 運動量カットを導入した有効チャーミッククォーク模型（Manohar-Georgi型）を用い、1ループの重クォーク-軽クォーク有効ラグランジュアンを導出する。
• 2つの多重項を導入する：(0⁻,1⁻) D中間子（H）とそれらのチャーミックパートナ一（0⁺,1⁺）（G）、両者では誘導されたチャーミック質量項の符号が異なる。
• 両多重項の有効ラグランジュアンを導出し、γ₅構造とパリティ割り当てに起因して、G場のチャーミック質量項が+Σ（H場は−Σ）であることを示す。
• 一般化されたゴールバーガー＝トライマン関係（チャーミックWard恒等式）を適用し、軸性結合定数と質量差を制約する。
• 観測された約345 MeVの質量差を用いて、D–D̃多重項へのπ中間子結合定数が自由クォークへの結合定数の約半分であると推定する。
• この枠組みを拡張し、励起状態D₁、D₂中間子のチャーミック二重状態の存在を予測し、高温・高密度状態におけるcharm中間子の進化に及ぼす影響を議論する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜBaBarの2317 MeV/c²およびCLEOの2463 MeV/c²の状態が、約345 MeVの質量差をもつ狭い二重項として現れるのか？
• RQ2 (0⁻,1⁻)と(0⁺,1⁺)の重クォーク-軽クォークハドロン状態間の質量差の起源は何か？
• RQ3 チャーミック多重項へのπ中間子の結合定数は、観測された質量差と軸性カレント構造とどのように関係しているか？
• RQ4 重クォーク-軽クォーク系におけるチャーミック二重状態は、高温・高密度のハドロン物質におけるチャーミック対称性の回復を調べるプローブとして機能できるか？
• RQ5 なぜチャーミック多重項へのπ中間子結合定数は自由クォークの値のおおよそ半分であり、これはQCDの対称性と整合的か？

主な発見

• 観測された2317 MeV/c²および2463 MeV/c²の状態は、スピン-チャージ対称性の自発的破れから生じる、通常の(0⁻,1⁻) D中間子のチャーミックパートナ一（0⁺,1⁺）として同定される。
• チャーミック二重状態間の約345 MeVの質量差は、構成クォーク質量の動的生成によって説明され、(0⁺,1⁺)状態のチャーミック質量項が+Σ（(0⁻,1⁻)状態は−Σ）であることが原因である。
• チャーミック多重項へのπ中間子結合定数は、自由クォークへの結合定数の約半分であると判明し、観測された約345 MeVの質量差とチャーミックWard恒等式と整合的である。
• 質量差に対するチャーミック補正は小さく、このパターンが対称性原理によって支配され、安定的であることが示された。
• この枠組みは、励起状態D₁およびD₂中間子の追加のチャーミック二重状態の存在を予測し、すべての重クォーク-軽クォークハドロンにこのパターンが拡張されることを示している。
• DおよびD*中間子とそれらのチャーミックパートナ一間の質量差は、密度または温度が上昇する環境では減少すると予想され、重イオン衝突におけるチャーミック対称性の回復を調べる可能性のあるプローブを提供する。