[論文レビュー] Comment on the narrow charmonium state of Belle at 3871.8 MeV as a deuson

Nils A. Törnqvist|ArXiv.org|Aug 27, 2003

Atomic and Molecular Physics参考文献 1被引用数 16

ひとこと要約

論文は、Belleが観測した3871.8 MeVの狭いcharm状態が、一パイオン交換によって結合する$D\bar{D}^{*}$からなるデュートリオンに類似たメソン分子（デューソン）であると提案する。スピン・パリティは$0^{-+}$または$1^{++}$を予測し、$D^0\bar{D}^{0}\pi^0$への幅は約50 keVである。この状態の狭い幅と閾値に近い質量は、弱い結合とアイソスピン破れ効果によって説明される。

ABSTRACT

It is pointed out that the narrow charmonium state at 3871.8 MeV reported by the Belle collaboration is likely to be a $D\bar D^*$ deuteronlike meson-meson state called a deuson. It was predicted near the $D\bar D^*$ threshold over 10 years ago. Its spin-parity would be 0-+ or 1++ and an important decay mode should be via $D^0\bar D^{*0}$ to $D^0\bar D^0π^0$. Its width to that channel should then be of the order 50 keV. Note: A more detailed update of this unpublished note is in hep-ph/0402237.

研究の動機と目的

• Belleが観測した3871.8 MeVの狭いcharm状態を、一パイオン交換によって結合する分子状態として説明すること。
• 一パイオン交換ダイナミクスに基づき、$J^{PC} = 0^{-+}$または$1^{++}$を有する$D\bar{D}^{*}$デュートリオンに類似た束縛状態（デューソン）としてこの状態を特定すること。
• 弱い結合とアイソスピン破れ効果によって、この状態の狭い幅と閾値に近い位置にあることの説明をすること。
• $D^0\bar{D}^{0}\pi^0$への主要な崩壊モードとして、幅が約50 keVであると予測すること。
• デュートリオンモデルを用いて、重いメソン-メソン束縛状態の広い分光的枠組みを確立すること。

提案手法

• 重いクォーカーモノリック系にデュートリオンモデルを適応し、$D\bar{D}^{*}$および$D^{*}\bar{D}^{*}$系を一パイオン交換によって結合する分子状態としてモデル化する。
• デュートリオンに用いられる同一の枠組みを用いて、重いメソン-メソン状態の量子数と結合エネルギーを予測する。
• アイソスピン対称性と相空間の考察を用いて、特に$D^0\bar{D}^{0}\pi^0$チャンネルの崩壊幅を推定する。
• $NN\pi$結合から$D^{*+} \to D^0\pi^+$の幅を63.3 keVと推定し、測定値の65 ± 3 keVと一致するため、モデルの妥当性を裏付ける。
• $D^0\bar{D}^{*0}$と$D^+\bar{D}^{* -}$間の質量差によるアイソスピン破れ効果を検討し、$I=0$および$I=1$成分の混合を生じることを示す。
• スピン・パリティ$0^{-+}$または$1^{++}$の状態では、$\sigma J/\psi \to \pi^+\pi^-J/\psi$の崩壊モードが抑制されることを分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Belleが観測した3871.8 MeVの狭い状態は、$D\bar{D}^{*}$デュートリオンに類似た分子状態と整合的か？
• RQ2 一パイオン交換ダイナミクスに基づき、このような状態の予想されるスピン・パリティ量子数は何か？
• RQ3 $D^0\bar{D}^{0}\pi^0$最終状態への期待される崩壊幅は何か？観測された狭い幅と比較するとどうなるか？
• RQ4 アイソスピン破れ効果は、この状態の成分と崩壊特性にどのように影響を与えるか？
• RQ5 このモデルによる$D^{*+} \to D^0\pi^+$幅の予測は、実験で裏付けられるか？

主な発見

• 3871.8 MeVの狭い状態は、$J^{PC} = 0^{-+}$または$1^{++}$を有する$D\bar{D}^{*}$デュートリオンに類似た状態（デューソン）であると極めて可能性が高く、観測の10年以上も前に予測されている。
• $D^0\bar{D}^{0}\pi^0$崩壊チャンネルへの予測幅は約50 keVであり、この状態の狭い幅と整合的である。
• この状態の質量は$D^0\bar{D}^{*0}$閾値（3871.2 MeV）にほぼ degenerate であり、弱い結合と大きな空間的サイズを示している。
• アイソスピン破れにより、主に$D^0\bar{D}^{*0}$成分が支配的となり、$I=1$成分がわずかに混合する。これにより、抑制されたが非ゼロの$\rho^0J/\psi \to \pi^+\pi^-J/\psi$崩壊が可能になる。
• モデルによる$D^{*+} \to D^0\pi^+$幅の予測値63.3 keVは、測定値65 ± 3 keVと非常に良好に一致しており、理論的枠組みの妥当性を支持する。
• この状態の狭い幅は、大きな空間的広がりと弱い結合により、消滅行列要素が弱いために生じる。これは、$D^*$の幅とは対照的である。