[論文レビュー] Evidence for further charmonium vector resonances

Eef van Beveren, George Rupp|arXiv (Cornell University)|Apr 25, 2010

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 7

ひとこと要約

本稿は、e⁺e⁻ → D*以防D̄* 衰えのBaBar共同研究データに基づき、8つの新しいcharm重子ベクトル共鳴状態 — ψ(3D)、ψ(5S)、ψ(4D)、ψ(6S)、ψ(5D)、ψ(7S)、ψ(6D)、および ψ(8S) — の証拠を提示する。ハドロン共鳴状態分光法における有効モデル（HORSE）を用いて、臨界エネルギー領域における増幅と共鳴構造を、励起された径方向および軌道的励起状態 c̄c として解釈する。中央質量と幅はブライト・ヴァイナー型フィットにより推定され、メソンループ効果を含む非摂動的クォーク-反クォーク枠組みを支持する。

ABSTRACT

We discuss the shape of threshold signals in production cross sections of the reaction e+ + e- --> D* + antiD*, at the opening of the D(s)* antiD(s)* and Lambda(c)+ Lambda(c)- channels. Furthermore, evidence for the 3D, 5S, 4D, 6S, 5D, 7S, 6D, and 8S charmonium vector resonances is presented, on the basis of data recently published by the BaBar Collaboration. Central masses and resonance widths are estimated. Confirmation of these resonances would be a huge step in lifting the precision level of hadron spectroscopy towards that of atomic spectroscopy, with far-reaching consequences for theory.

研究の動機と目的

• 最近のBaBarデータを用いて、既知のスペクトルを超える新しいcharm重子ベクトル共鳴状態を同定すること。
• D*以防sD̄*s（4.213 GeV）および Λc⁺Λc⁻（4.60 GeV）臨界エネルギー領域における e⁺e⁻ → D*以防D̄* の臨界エネルギー増幅を、励起された c̄c 状態の印であると解釈すること。
• メソンループ補正を用いた裸の c̄c 状態への修正が、HORSEモデルによって予測される共鳴状態の質量と幅をどのように再現するかを検証すること。
• 観測された構造と、無限のメソンループ鎖を含む非摂動的クォーク-反クォーク力学による理論的予測との間の関係を確立すること。
• より良い共鳴状態同一定位を実現し、原子分光法と同等のハドロン分光法の精度を達成するという目的を支援すること。

提案手法

• D*以防sD̄*s（4.213 GeV）および Λc⁺Λc⁻（4.60 GeV）の臨界エネルギー領域に注目した、BaBarが得た e⁺e⁻ → D*以防D̄* 生成断面積の分析。
• HORSEモデルの適用。このモデルは、調和振動子のエネルギー間隔 ω = 0.19 GeV を用いて、裸の c̄c クォーク-反クォーク伝播関数を記述する。
• 非摂動的メソンループ補正を用いて、裸の状態を物理的共鳴状態へとずらし、ユニタリティ散乱および生成振幅を、Ref. PRD21p772 の形式的枠組みで統合する。
• 観測された構造をブライト・ヴァイナー関数でフィットし、中央質量と幅を抽出する。統計的不確実性は低統計のため認められる。
• GodfreyとIsgurによる以前の予測および初期のBelleデータと比較し、実験間の一貫性を検証する。
• 生成振幅と散乱振幅を結ぶ運動量空間の複素関係式（EPL81p61002）を用いる。これは、Ref. PRD35p1633 に示される実関係とは異なる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 4.213 GeV および 4.60 GeV 付近の e⁺e⁻ → D*以防D̄* における臨界エネルギー増幅は、単なる相空間効果ではなく、新しい c̄c ベクトル共鳴状態に起因するものと見なせるか？
• RQ2 BaBarデータにおける e⁺e⁻ → D*以防D̄* の観測された構造は、ψ(3D)、ψ(5S)、ψ(4D) などの予測された径方向および軌道的励起状態に対応するか？
• RQ3 観測された共鳴状態パラメータ（質量と幅）は、メソンループ補正を含むHORSEモデルによって一貫して説明可能か？
• RQ4 X(4260) の増幅は、e⁺e⁻ → D*以防D̄* には現れないが、π⁺π⁻J/ψ では現れる。これはOZI選択則およびグルーオン雲効果とどのように関係するか？
• RQ5 共鳴状態のエネルギー間隔と質量シフトの観測された規則性は、ω = 0.19 GeV を用いたAdSに基づく閉じ込めモデルの裏付けをどの程度与えるか？

主な発見

• ψ(3D) 共鳴状態は、Ref. ARXIV09044351 のデータに基づき、約 4.55 GeV に位置し、幅は約 50 MeV であると推定される。
• ψ(5S) 共鳴状態は 4.78 GeV に位置し、幅は 55 MeV であり、Ref. PRD80p074001 のデータと整合的である。
• ψ(4D) 共鳴状態は 4.87 GeV に位置し、幅は 60 MeV であり、同様に Ref. PRD80p074001 のデータから得られた。
• ψ(6S)、ψ(5D)、ψ(7S)、ψ(6D)、ψ(8S) などの高励起状態は、質量が 5.09 GeV から 5.91 GeV の範囲にあり、幅は 44 MeV から 93 MeV の間であると特定された。
• 共鳴状態スペクトルにおける観測されたエネルギー間隔 0.38 GeV（2ω）は、HORSEモデルが予測する調和振動子間隔と一致しており、モデルの妥当性を支持する。
• 解析により、X(4260) および Y(4660) の構造は、c̄c 伝播関数の極ではなく、メソンループ効果および s̄s を豊富に含む環境下での S 波共鳴状態（例：f₀(980)）に起因すると考えられる。