[論文レビュー] Could the observation of $X(5568)$ be resulted by the near threshold rescattering effects?

Xiao-Hai Liu, Gang Li|arXiv (Cornell University)|Mar 2, 2016

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 15

ひとこと要約

本稿では、D0コラボレーションが$B_s\pi$の不変質量スペクトルで観測した$X(5568)$共鳴構造が、真の共鳴ではなく、散乱過程における三角特異性（TS）効果に起因する可能性を提案している。$B_s^{*}\pi \to B_s\pi$の過程における$\gamma$交換および強い相互作用を用いた振幅計算により、TSピークが狭い共鳴構造を模倣することが示され、$B_s\pi^0$系には約5568 MeVに狭いピークが現れる。これは観測された盛り上がりが真の粒子ではなく、動的効果である可能性を示唆している。

ABSTRACT

We investigate the invariant mass distributions of $B_sπ$ via different rescattering processes. Because the triangle singularity (TS) could be present for a very broad incident energy region, it can be expected that the TS peaks may simulate the resonance-like bump $X(5568)$ observed by the D0 collaboration. The highly process-dependent characteristic of TS mechanism offers a criterion to distinguish it from other dynamic mechanisms.

研究の動機と目的

• D0が観測した$X(5568)$の共鳴的構造が、真の共鳴ではなく動的効果であるかどうかを調査すること。
• $B_s^*\pi \to B_s\pi$の散乱における三角特異性（TS）メカニズムが、$B_s\pi$不変質量分布における$X(5568)$ピークを再現できるかどうかを検討すること。
• 他の動的機構（例えば、四クォーク状態や分子状態）と区別するための、TSの過程依存性をテストすること。
• 電磁気的および強い相互作用がTSピークを生成する役割を、特に$B_s\pi^0$チャネルで探ること。
• $X(5568)$の量子数、たとえば$J^P=1^-$がTS力学からどのように導かれるかを評価し、他のモデルにおける$0^+$や$1^+$の割り当てと対比すること。

提案手法

• 著者たちは、$\gamma$交換および強い相互作用を通じた$B_s^*\pi \to B_s\pi$散乱をモデル化するために、三角図式形式を用いる。
• ランドー方程式を適用して、三角特異性（TS）が発生する運動的条件を特定し、特異閾値を特定するための$s_1^-$および$s_2^-$を解く。
• 不変質量$W = \sqrt{s_1}$の関数として振幅の二乗$|\text{Amp}|^2$を計算し、運動量移動$t$について数値積分を行う。
• 電磁気的および強い相互作用の頂点をモデルに組み込み、既知の崩壊幅からカップリング定数を推定する。
• 電磁気的および強い寄与の比$\sigma_\gamma / \sigma_\phi$を計算し、電磁気的寄与が無視できないことを示す。
• ボックス図近似により、三角ループを$[B_s^{*}\rho\pi\gamma]$および$[B_s^{*}K^{*}\pi\gamma]$ループに置き換え、元の三角形ケースと比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $B_s^*\pi \to B_s\pi$の散乱における三角特異性効果が、$B_s\pi$不変質量スペクトルにおける$X(5568)$ピークを再現できるか。
• RQ2 TSメカニズムが約5568 MeVに狭く共鳴的構造に似たピークを生成するか。これはD0の観測と一致するか。
• RQ3 $B_s\pi^0$チャネルはTSピークに感受的か。もし$X(5568)$が散乱に起因するなら、中性子パートナーが存在するか。
• RQ4 電磁気的および強い相互作用の両方がTSピークを生成するにあたり、どちらが支配的か。電磁気的寄与が優勢になり得るか。
• RQ5 TSに起因する場合、$X(5568)$の予想される量子数（$J^P$）は何か。また、ダイクォーク反ダイクォークまたは分子状態モデルとはどのように異なるか。

主な発見

• 三角特異性メカニズムにより、$B_s\pi^0$不変質量分布に約5568 MeVに狭いピークが生成され、D0の$X(5568)$観測とよく一致する。
• ピークは$P$波の性質を持つ$B_s^{*}\pi \to B_s\pi$過程で最も顕著であり、$X(5568)$の予想される$J^P = 1^{-}$を示唆する。これは他のモデルにおける$0^+$や$1^+$の割り当てとは対照的である。
• 電磁気的相互作用が振幅に顕著な寄与を示し、関連エネルギー領域で$\sigma_\gamma / \sigma_\phi \sim 10^3$となる。これは電磁気的効果が無視できないことを示している。
• もし$X(5568)$が散乱に起因するなら、$\gamma\pi^0\pi^0$頂点が存在しないため、$B_s\pi^0$チャネルには電荷-中性子パートナーが存在しないはずである。
• TSメカニズムは非常に過程依存的である。三角特異性の運動的条件が満たされた場合にのみピークが現れるため、真の共鳴と区別するための重要な特徴である。
• ボックス図近似（$[B_s^{*}\rho\pi\gamma]$および$[B_s^{*}K^{*}\pi\gamma]$ループ）により、元の三角形ケースよりも狭く共鳴に似たピークが得られ、散乱が共鳴を模倣できることを支持する。