[論文レビュー] Excited-state spectroscopy of singly, doubly and triply-charmed baryons from lattice QCD

M. Padmanath, Robert G. Edwards+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 19, 2013

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 4被引用数 22

ひとこと要約

このラティスQCD研究では、動的フェルミオンと対称性を尊重する演算子の大きな基底を用いて、一重、二重、三重のcharmバリオンの基底状態および励起状態を計算している。低励起状態はSU(6) ⊗ O(3)対称性の予測とよく一致しており、スピンは7/2まで明確に定義されている。また、場強度テンソル演算子との強い重なりを通じてハイブリッド状態の候補が特定された。

ABSTRACT

We present the ground and excited state spectra of singly, doubly and triply-charmed baryons by using dynamical lattice QCD. A large set of baryonic operators that respect the symmetries of the lattice and are obtained after subduction from their continuum analogues are utilized. These operators transform as irreducible representations of SU(3)$_F$ symmetry for flavour, SU(4) symmetry for Dirac spins of quarks and O(3) symmetry for orbital angular momenta. Using novel computational techniques correlation functions of these operators are generated and the variational method is exploited to extract excited states. The lattice spectra that we obtain have baryonic states with well-defined total spins up to 7/2 and the low lying states remarkably resemble the expectations of quantum numbers from SU(6)$\otimes$O(3) symmetry.

研究の動機と目的

• 第一原理のラティスQCDを用いて、一重、二重、三重のcharmバリオンの完全なスペクトルを計算すること。
• バリエーション法を用いて、スピンが7/2に達するまで明確に定義された全スピンを持つ励起状態を抽出すること。
• 重いバリオンスペクトル学におけるSU(6) ⊗ O(3)対称性予測の妥当性を検証すること。
• 場強度テンソルを含む演算子との重なりを通じて、ハイブリッドバリオン状態の候補を同定すること。
• 将来のBES-III、LHCb、PANDAでの実験的探索のためのモデルに依存しない入力を提供すること。

提案手法

• Nf=2+1フレーバーと時間方向スケール5.67 GeV⁻¹を用いた動的異方的ラティスQCD配置を用いた。
• 微分に基づく形式を用いて、非局所的および二階微分演算子を含む、バリオンのインターポレーション演算子の大きな基底を構築した。
• 連続演算子を、ラティス対称性の既約表現（SU(3)F、SU(4)spin、O(3)orbital）に還元した。
• これらの演算子からN×Nの相関行列を計算し、一般化固有値問題を解いてエネルギー準位を抽出した。
• 固有ベクトルと重なり係数を用いてスピン量子数を特定し、非相対論的またはハイブリッド構造への状態の割り当てを行った。
• スペクトル分解と主相関関数フィッティングを用いて、ユークリッド相関関数から質量と崩壊定数を抽出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 一重、二重、三重のcharmバリオンの低励起スペクトルは、SU(6) ⊗ O(3)対称性と整合する量子数を持つのか？
• RQ2 ラティスQCDは、重いバリオンにおいてスピンが7/2に達する励起状態を解明できるのか？
• RQ3 場強度テンソルを含む演算子との重なりが顕著な状態はどれか？これはハイブリッド構造の可能性を示唆する。
• RQ4 計算されたスペクトルは、ポテンシャルモデルの予測や実験的観測とどのように一致するのか？
• RQ5 チャイral extrapolation や非物理的パイオン質量といった系統的不確かさが結果に与える影響はどの程度か？

主な発見

• 三重のcharmバリオンの低励起スペクトルは、SU(6) ⊗ O(3)対称性予測と非常に良好に一致しており、非相対論的バンド内の状態は理論的期待と一致している。
• 全スピンが7/2に達する励起状態が正常に抽出され、この方法が高スピンバリオンに対しても有効であることが確認された。
• 場強度テンソルを含む演算子との強い重なりを示す状態（図1の太い枠で示されたもの）は、ハイブリッドバリオンの候補と特定された。
• 二重のcharmバリオン（ΩccおよびΞcc）において、非相対論的バンド内の低励起状態の数は、SU(6) ⊗ O(3)の期待と一致しており、図2に示されている。
• 一重のcharmバリオン（Λc、Σc、Ξc、Ωc）についての予備的結果も、量子数の割り当てが一貫しており、c quark質量依存性を軽減するため、mDまたはmDsでスペクトルを補正した。
• 重なり係数から、図1～3のピンクの楕円内にある状態が、非相対論的演算子と強く結合しており、標準的クォーク模型状態との良好な重なりを示していることが確認された。