[論文レビュー] $D_{s}$ mesons with $DK$ and $D^{*}K$ scattering near threshold

C. B. Lang, Luka Leskovec+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 31, 2014

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 3被引用数 11

ひとこと要約

このラティスQCD研究では、266 MeVおよび156 MeVのπ中間子質量を持つ2つのアンサンブルを用い、$D_s$中間子が$DK$および$D^*K$閾値付近にある状況を調べた。$ar{c}s$クォーク-反クォークおよび中間子-中間子干渉演算子を組み合わせた。$D_{s1}(2460)$は$D^*K$閾値より44(10) MeV低い位置に束縛状態として発見され、実験結果と整合的である。同様に$D_{s0}^*(2317)$は$DK$閾値より37(17) MeV低い位置にあり、実験値とよく一致する。これは、これらの幅の狭い状態が分子的または動的に生成された性質を示していることを支持する。

ABSTRACT

$D_s$ mesons are studied in three quantum channels ($J^P=0^+$, $1^+$ and $2^+$), where experiments have identified the very narrow $D_{s0}^*(2317)$, $D_{s1}(2460)$ and narrow $D_{s1}(2536)$, $D_{s2}^*(2573)$. We explore the effect of nearby $DK$ and $D^*K$ thresholds on the subthreshold states using lattice QCD. Our simulation is done on two very different ensembles of gauge configurations (2 or 2+1 dynamical quarks, Pion mass of 266 or 156 MeV, lattice size $16^3 imes 32$ or $32^3 imes 64$). In addition to $\bar{q}q$ operators we also include meson-meson interpolators in the correlation functions. This clarifies the identification of the states above and below the scattering thresholds. The ensemble with $m_π\simeq 156~$MeV renders the $D_{s1}(2460)$ as a strong interaction bound state 44(10)MeV below $D^*K$ threshold, which is in agreement with the experiment. The $D_{s0}^*(2317)$ is found 37(17)MeV below $DK$ threshold, close to experiment value of 45MeV. The narrow resonances $D_{s1}(2536)$ and $D_{s2}^*(2573)$ are also found close to the experimental masses.

研究の動機と目的

• $DK$および$D^*K$散乱閾値の動的役割が、$D_s$中間子の構造に与える影響を調査すること。
• 幅の狭い$D_{s0}^*(2317)$および$D_{s1}(2460)$状態が、それぞれの閾値より下の束縛状態か、あるいは共鳴状態かを特定すること。
• ラティスQCD相関関数に中間子-中間子干渉演算子を含めることによる、これらの状態の同定および質量予測への影響を評価すること。
• 異なるπ中間子質量（156 MeVおよび266 MeV）を持つ2つのラティスアンサンブル間の比較を通じて、クォーク質量依存性を調べること。

提案手法

• 2+1動的クォークを伴う2つのゲージアンサンブル上でラティスQCDシミュレーションを実施し、π中間子質量は266 MeVおよび156 MeVとした。
• 相関関数には、$\bar{c}s$クォーク-反クォーク干渉演算子に加え、$DK$および$D^*K$チャンネルのための中間子-中間子干渉演算子を含めた。
• 干渉演算子は全運動量ゼロに投影され、量子数の投影のための正八面体群$O_h$の非可約表現に変換された。
• 有限体積スペクトルはルシュナーの方法を用いて解析され、閾値からの散乱位相シフトおよび束縛状態エネルギーが抽出された。
• エネルギー準位を閾値と比較し、相関行列内の干渉演算子の混合を分析することで、状態を同定した。
• $D_{s0}^*$および$D_{s1}$状態は、それぞれ$J^P = 0^+$および$1^+$チャンネルで$s$波$DK$および$D^*K$干渉演算子を用いて調べられた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $D_{s0}^*(2317)$状態は$DK$閾値より下に束縛状態として存在するか？ その質量は実験値とどのように一致するか？
• RQ2 $D_{s1}(2460)$状態は$D^*K$閾値より下の束縛状態か？ その質量は実験値と一致するか？
• RQ3 相関関数に中間子-中間子干渉演算子を含めることで、$D_s$状態の同定および質量予測にどのような影響を与えるか？
• RQ4 $D_s$状態の質量が$DK$および$D^*K$閾値に対してクォーク質量依存性を示すか？
• RQ5 幅の狭い$D_{s1}(2536)$および$D_{s2}^*(2573)$状態も、$DK$または$D^*K$閾値に関連する構造を示すか？

主な発見

• $D_{s1}(2460)$状態は、$m_\pi \approx 156$ MeVのアンサンブルにおいて、$D^*K$閾値より44(10) MeV低い位置に束縛状態として発見され、実験結果と整合的である。
• $D_{s0}^*(2317)$状態は$DK$閾値より37(17) MeV低い位置に位置し、実験値の45 MeVとよく一致する。
• 相関関数に中間子-中間子干渉演算子を含めることで、閾値下の状態の同定およびその結合エネルギーの評価が著しく改善された。
• 幅の狭い共鳴状態$D_{s1}(2536)$および$D_{s2}^*(2573)$は、実験値に近い質量に位置しており、一貫したスピン特徴付けがなされていることが示された。
• 結果から、$D_{s0}^*$および$D_{s1}$状態は、それぞれ$DK$および$D^*K$チャンネルへの結合によって動的に生成されたものであり、単純な$\bar{c}s$状態ではない可能性が示唆される。
• クォーク質量依存性は繊細であることが判明した：近い物理的π中間子質量（156 MeV）において、中間子-中間子演算子を含めた場合にのみ、$D_{s1}(2460)$が閾値より下の束縛状態として現れる。