[論文レビュー] D and D_s meson spectroscopy

Daniel Mohler, R. M. Woloshyn|arXiv (Cornell University)|Mar 28, 2011

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 12

ひとこと要約

このラティスQCD研究では、物理的パイオン質量を用いた2+1フレーバーの動的配置を用い、フェルミラブ形式を用いて charm クォークを扱い、DおよびD_sメソンの低励起状態スペクトルを計算している。charm 状態については実験と良好な一致を示したが、特に0⁺および1⁺状態においてDおよびD_s状態で顕著な不一致が見られ、閾値近くの重い-軽いメソンに対するラティスQCDの課題を浮き彫りにしている。

ABSTRACT

Results are presented for the low-lying spectrum of D and D_s mesons calculated in lattice QCD using 2+1 flavor Clover-Wilson configurations made available by the PACS-CS collaboration. For the heavy quark, the Fermilab method is employed. The main focus is S- and P-wave states of charmed and charmed-strange mesons, where previous lattice QCD results have been mostly from quenched calculations. In addition to the ground states, some excited states are extracted. To check the method, calculations of the charmonium spectrum are also carried out. For charmonium, the low-lying spectrum agrees favorably with experiment. For heavy-strange and heavy-light systems substantial differences in comparison to experiment values remain for some states.

研究の動機と目的

• 物理的パイオン質量を用いた非閉じた2+1フレーバーのラティスQCDを用いて、DおよびD_sメソンの低励起状態スペクトルを計算すること。
• 特にD_s0*(2317)およびD_s1(2460)状態において、以前の閉じたラティス計算と比べて予期しないほど幅が狭く軽いという、顕著な不一致を是正すること。
• チャーム状態のスペクトルを再現できることで、ラティス手法の信頼性を検証すること。これはベンチマークとしてのチャーム状態スペクトルを用いる。
• 散乱閾値の役割と、動的であるstrangeおよび軽いクォークがスペクトルに与える影響を調査すること。

提案手法

• パイオン質量が156 MeVから702 MeVの範囲にあるPACS-CS共同研究の2+1フレーバーの動的ゲージ配置を用いる。
• 高エネルギークォーク状態の記述を改善し、離散化誤差を低減するために、重いcharmクォークにフェルミラブ手法を適用する。
• エネルギー準位を相関関数から抽出するために一般化固有値問題（GEVP）を用い、複数の状態を特定可能にする。
• GEVP固有値に対して完全に相関のある2パラメータフィットを実施し、系統的誤差を制御した基底状態および励起状態を抽出する。
• 特定の量子数（J^P）を持つ摂動演算子を用いて、望ましい状態に投影する。S波およびP波構成を含む。
• 物理的D_sメソン質量を基準点として、charmクォークの質量を調整し、物理的入力を保証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 物理的パイオン質量を用いた非閉じたラティスQCDは、DおよびD_sメソンの実験的スペクトルをどの程度正確に再現できるか？
• RQ2 ラティス結果は、D_s0*(2317)およびD_s1(2460)状態について、長年のクォーク模型予測と実験の間にある不一致をどの程度解消できるか？
• RQ3 2+1フレーバーQCDの文脈において、フェルミラブ形式が重い-軽いメソンのスペクトル記述にどの程度有効に機能するか？
• RQ4 D_s1*(2700)および他の高質量状態の結果は、実験的量子数割り当てと理論的期待値とどのように一致するか？

主な発見

• チャーム状態スペクトルは良好に再現されており、基底状態および励起状態が不確かさの範囲内で実験値と一致しており、ラティス設定の妥当性が裏付けられた。
• D_s0*(2317) 0⁺状態は、1.1057(35)（ラティス単位、約1.94 GeV）で予測され、実験値の2.317 GeVよりも顕著に低い。これは持続的な不一致を示している。
• D_s1(2460) 1⁺状態は1.1574(35)（ラティス単位、約2.06 GeV）で計算され、実験値の2.460 GeVよりも依然として低い。これはラティス記述における未解決の課題を示唆している。
• D_s2*(2573) 2⁺状態は1.1810(52)（ラティス単位、約2.10 GeV）で計算され、実験値（2.573 GeV）と比較的良い一致を示したが、依然として低い。
• Dメソンに関しては、D_0*(2400) 0⁺状態は1.0509(43)（約1.85 GeV）で予測され、以前のラティス結果と一貫している。
• D_1(2420)およびD_1(2430) 1⁺状態は、それぞれ1.1073(34)および1.1319(35)（約1.95–2.00 GeV）で計算され、実験値（2.420–2.430 GeV）よりも低い。