[論文レビュー] Coupled channel approach to the structure of the X(3872)

Pablo G. Ortega, Jorge Segovia+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 23, 2009

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、X(3872) meson が、$c\bar{c}(2^3P_1)$ チャーミオン状態と $DD^*$ モレキュラー成分が $^3P_0$ クォークモデルを通じて結合するカップルドチャネル枠組みにおいて、動的に生成された状態であると提案している。$D^0\bar{D}^{*0}$ および $D^\pm\bar{D}^{*\mp}$ チャネルを通じたアイソスピン破れ効果を組み込むことで、主要な $D^0\bar{D}^{*0}$ 成分（83％）が得られ、観測されたアイソスピン破れおよび放射性崩壊を説明でき、Belle および BaBar の $B \to K\pi^+\pi^-J/\psi$ および $B \to KD^0D^{*0}$ 崩壊データと良好に一致する。

ABSTRACT

We have performed a coupled channel calculation of the $1^{++}$ $c\bar c$ sector including $q\bar q$ and $DD^*$ molecular configurations. The calculation was done within a constituent quark model which successfully describes the meson spectrum, in particular the $c\bar c$ $1^{--}$ sector. Two and four quark configurations are coupled using the $^3P_0$ model. The elusive X(3872) meson appears as a new state with a high probability for the $DD^*$ molecular component. When the mass difference between neutral and charged states is included a large $D^0 {D^*}^0$ component is found which dominates for large distances and breaks isospin symmetry in the physical state. The original $c\bar c(2 ^3P_1)$ state acquires a sizable $DD^*$ component and can be identified with the X(3940). We study the $B o K π^+ π^-J/ψ$ and $B o K D^0 D^{*0}$ decays finding a good agreement with Belle and BaBar experimental data.

研究の動機と目的

• X(3872) の謎めいた量子数および崩壊パターンが、標準的チャーミオンスペクトル理論に適合しないことの解明。
• 特に、$I=0$ 対称性のもとで $D^0\bar{D}^{*0}$ 成分が支配的であるにもかかわらず、観測されたアイソスピン破れの説明。
• 構成クォークモデルの枠組み内で、$c\bar{c}$ 状態が $DD^*$ モレキュラー構成と結合することで、X(3872) が動的に生成可能かどうかの検証。
• B \to K\pi^+\pi^-J/\psi$ および $B \to KD^0D^{*0}$ 崩壊の実験的データ、質量シフトおよび線形形状を再現すること。

提案手法

• 構成クォークモデルを用いて、$c\bar{c}(2^3P_1)$、$q\bar{q}$、および $DD^*$ モレキュラー状態を含むカップルドチャネル計算を実施。
• $^3P_0$ クォークモデルを用い、クォーク-反クォーク対生成を生成し、$c\bar{c}$ および $DD^*$ 構成を結合。
• アイソスピン破れ効果を、$D^0\bar{D}^{*0}$、$D^+\bar{D}^{*0}$、$D^0\bar{D}^{*+}$ チャネルを別々に取り扱うことで明示的に組み込む。
• Schrödinger 方程式に、$^3P_0$-誘導相互作用および $DD^*$ 閾値効果を含むポテンシャルを用いて数値的に解く。
• モデルの予測を、Belle および BaBar の $B \to K\pi^+\pi^-J/\psi$ および $B \to KD^0D^{*0}$ 崩壊に関する解像度関数を含めたデータと比較。
• 実験的 $X(3872)$ 質量および結合エネルギーを再現するために、$^3P_0$ モデルのパラメータ $\gamma$ の強度を調整。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 構成クォークモデルの枠組み内で、$DD^*$ および $c\bar{c}$ 成分を有する分子状態として、X(3872) が動的に生成可能かどうか。
• RQ2 $D^0\bar{D}^{*0}$ および $D^\pm\bar{D}^{*\mp}$ チャネルに起因するアイソスピン破れが、X(3872) の構造にどのように影響するか。
• RQ3 モデルが、質量シフトおよび線形形状を含む、観測された $B \to K\pi^+\pi^-J/\psi$ および $B \to KD^0D^{*0}$ 崩壊スペクトルを再現できるか。
• RQ4 $c\bar{c}(2^3P_1)$ 状態が $DD^*$ 分子を結合させる役割を果たすか、また $X(3940)$ と同一視可能か。
• RQ5 モデルが、$\Gamma(X(3872) \to \gamma J/\psi)$ および $\Gamma(X(3872) \to \gamma \psi')$ の放射性崩壊断面積を説明できるか。

主な発見

• アイソスピン破れ効果を組み込むと、X(3872) は $D^0\bar{D}^{*0}$ 成分（83％）が支配的な動的に生成された状態として出現する。
• $D^0\bar{D}^{*0}$ 成分は大スケールで支配的であり、物理状態における観測されたアイソスピン破れの原因である。
• $c\bar{c}(2^3P_1)$ 状態は顕著な $DD^*$ 成分を獲得し、$X(3940)$ 共鳴状態と同一視可能である。
• モデルは Belle の $B \to KD^0D^{0}\pi^0$ データを良好に再現するが、BaBar の $B \to KD^0D^{*0}$ データとの一致は悪い。これは、BaBar 共鳴状態に約 $3\,\text{MeV}$ の質量シフトが存在する可能性による。
• $B \to K\pi^+\pi^-J/\psi$ 崩壊スペクトルは、Belle および BaBar の両方についてモデルで良好に記述可能であり、$3871.4\,\text{MeV}$ の共鳴質量と整合的である。
• 微調整された $^3P_0$ パrameter $\gamma = 0.19$ が、正しい結合エネルギー $-0.6\,\text{MeV}$ を得る。これは元の $\gamma$ から 25％ 減少したものである。