[論文レビュー] $\eta(2225)$ observed by BES Collaboration

De-Min Li, Ma Bing|arXiv (Cornell University)|Mar 2, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、$^3P_0$ クォーカー模型を用いて、$3^1S_0$ および $4^1S_0$ $s\bar{s}$ 状態の強い崩壊を調査し、質量 2.24 GeV における全幅をそれぞれ 438 MeV および 125 MeV と予測した。観測された $\eta(2225)$ の幅 $0.19 \pm 0.03^{+0.04}_{-0.06}$ GeV は、$3^1S_0$ 状態とは不一致であるが、$4^1S_0$ 状態とは整合的であり、$\eta(2225)$ がおそらく $4^1S_0$ $s\bar{s}$ 共鳴状態であると考えられる。

ABSTRACT

In the framework of the $^3P_0$ meson decay model, the strong decays of the $3 ^1S_0$ and $4 ^1S_0$ $s\bar{s}$ states are investigated. It is found that in the presence of the initial state mass being 2.24 GeV, the total widths of the $3 ^1S_0$ and $4 ^1S_0$ $s\bar{s}$ states are about 438 MeV and 125 MeV, respectively. Also, when the initial state mass varies from 2220 to 2400 MeV, the total width of the $4 ^1S_0$ $s\bar{s}$ state varies from about 100 to 132 MeV, while the total width of the $3 ^1S_0$ $s\bar{s}$ state varies from about 400 to 594 MeV. A comparison of the predicted widths and the experimental result of $(0.19\pm 0.03^{+0.04}_{-0.06})$ GeV, the width of the $\eta(2225)$ with a mass of $(2.24^{+0.03+0.03}_{-0.02-0.02})$ GeV recently observed by the BES Collaboration in the radiative decay $J/\psi o\gamma\phi\phi o\gamma K^+K^-K^0_SK^0_L$, suggests that it would be very difficult to identify the $\eta(2225)$ as the $3 ^1S_0$ $s\bar{s}$ state, and the $\eta(2225)$ seams a good candidate for the $4 ^1S_0$ $s\bar{s}$ state.

研究の動機と目的

• BES が $J/\psi \to \gamma \phi \phi K^+K^-$ 衰変において観測した $\eta(2225)$ 共鳴状態の性質を特定すること。
• 崩壊幅の予測値を用いて、$\eta(2225)$ が $3^1S_0$ または $4^1S_0$ $s\bar{s}$ 状態として同定可能かどうかを評価すること。
• $\eta(2225)$ の理論的予測と実験的幅測定値の整合性を評価すること。
• $^3P_0$ モデルにおける $s\bar{s}$ 状態の初期状態質量に 따른全幅の依存性を調査すること。

提案手法

• $^3P_0$ クォーカー模型を用いて、$3^1S_0$ および $4^1S_0$ $s\bar{s}$ 状態の強い崩壊幅を計算すること。
• 定数の $\bar{q}q$ 対生成振幅を有するクォーク-反クォーク対生成メカニズムを用いること。
• 初期状態質量（2220 から 2400 MeV の範囲）の関数として全崩壊幅を計算すること。
• 予測された幅と、$\eta(2225)$ の実験的測定幅 $(0.19 \pm 0.03^{+0.04}_{-0.06})$ GeV を比較すること。
• 両方の $3^1S_0$ および $4^1S_0$ 状態における崩壊幅の質量依存性を分析すること。
• 理論的予測と BES の観測結果（質量 $2.24^{+0.03+0.03}_{-0.02-0.02}$ GeV）との整合性を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 予測された崩壊幅に基づいて、$\eta(2225)$ 共鳴状態は $3^1S_0$ $s\bar{s}$ 状態として整合的か？
• RQ2 予測された崩壊幅に基づいて、$\eta(2225)$ 共鳴状態は $4^1S_0$ $s\bar{s}$ 状態として整合的か？
• RQ3 2.24 GeV 付近の初期状態質量に応じて、$3^1S_0$ および $4^1S_0$ $s\bar{s}$ 状態の予測全幅はどのように変化するか？
• RQ4 2.24 GeV の質量における $4^1S_0$ $s\bar{s}$ 状態の理論的幅は何か？ そして、実験的値と比較するとどうなるか？
• RQ5 $^3P_0$ モデルは、実験的不確実性の範囲内で $\eta(2225)$ の観測幅を説明できるか？

主な発見

• 初期状態質量が 2.24 GeV のとき、$3^1S_0$ $s\bar{s}$ 状態の予測全幅は 438 MeV である。
• 同じ質量で、$4^1S_0$ $s\bar{s}$ 状態の予測全幅は 125 MeV である。
• 初期質量が 2220 から 2400 MeV に増加する間に、$4^1S_0$ $s\bar{s}$ 状態の予測幅は 100 から 132 MeV の範囲で変化する。
• 同じ質量範囲で、$3^1S_0$ $s\bar{s}$ 状態の予測幅は 400 から 594 MeV の範囲で変化する。
• $\eta(2225)$ の実験的幅 $0.19 \pm 0.03^{+0.04}_{-0.06}$ GeV は、$3^1S_0$ $s\bar{s}$ 状態の予測とは不一致である。
• $\eta(2225)$ 共鳴状態は、幅の予測が整合的であるため、$4^1S_0$ $s\bar{s}$ 状態の良好な候補であると判明した。