[論文レビュー] Exotic c c-bar Mesons

Eric Braaten|ArXiv.org|Aug 21, 2008

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 39被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、$D\bar{D}$閾値を超える新しく発見された$c\bar{c}$メソンを分析し、$X(3872)$が$D^{*0}\bar{D}^{0} - D^{0}\bar{D}^{*0}$構造を持つ弱い結合の charm メソン分子であると提案する。一方、$Y(4260)$、$Y(4360)$、$Y(4660)$はおそらくチャロンニウムハイブリッドであり、$Z^{\pm}(4430)$は$c\bar{c}u\bar{d}$成分を有するExotic四クォークである。$X(3872)$の性質、特にアイソスピンの破れと崩壊過程における質量シフトは、その分子的性質と$D^{*0}\bar{D}^{0}$閾値に近接していることによって説明される。

ABSTRACT

A surprising number of new c c-bar mesons with masses above the D D-bar threshold have been discovered at the B factories. Some of them are ordinary charmonium states, but others are definitely exotic mesons. The current theoretical status of the new c c-bar mesons is summarized.

研究の動機と目的

• 新しく発見された$D\bar{D}$閾値を超える$c\bar{c}$メソンの性質を理解すること、特に従来のチャロンニウムモデルでは説明できないものについて。
• Exotic状態である$X(3872)$、$Y(4260)$、$Z^{\pm}(4430)$が分子状態、四クォーク、またはハイブリッドであるかどうかを特定すること。
• アイソスピンの破れや$X(3872)$の崩壊における質量シフトといった奇妙な実験的特徴を、分子的ダイナミクスと有効場理論の枠組みで説明すること。
• 今後の実験を支援するため、これらのExotic状態の$J^P$量子数と崩壊パターンについての理論的予測を提供すること。

提案手法

• 有効場理論と浅い束縛状態の普遍的性質を用いて、$X(3872)$を弱い結合の$D^{*0}\bar{D}^{0} - D^{0}\bar{D}^{*0}$分子としてモデル化する。
• 結合エネルギーに基づく構成粒子間の平均距離を推定するため、関係式$\langle r\rangle_{X} = 1/(8\mu E_X)^{1/2}$を適用する。
• $B$メソン崩壊の線形形状を分析し、$X(3872)$が$D^{*0}\bar{D}^{0}$閾値の相対的位置を特定し、束縛状態と仮想状態を区別する。
• $B^+ \to K^+ + X$および$B^0 \to K^0 + X$の生成率比を、$I=1$チャネルにおける逆散乱長$\gamma_1$と$\kappa_1 = 125$ MeVを用いて評価する。
• $Y(4260)$、$Y(4360)$、$Y(4660)$がチャロンニウムハイブリッドであると提案する。これは、包含的および排他的$e^+e^-$断面積において共鳴ピークが観測されないことに基づく。
• ハイブリッククォーク対称性を用いて、$b\bar{b}$Exoticメソンはそれらの$c\bar{c}$対応よりも大きな結合エネルギーを有するはずであると主張する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Is the $X(3872)$ an ordinary charmonium state or a molecular state composed of $D^{*0}\bar{D}^{0}$ and $D^{0}\bar{D}^{*0}$?
• RQ2 Why does the $X(3872)$ exhibit isospin violation in its decays to $J/\psi\pi^+\pi^-$ and $J/\psi\pi^+\pi^-\pi^0$ final states?
• RQ3 Why is the $X(3872)$ mass measured to be 3.8 ± 1.1 MeV higher in the $D^0\bar{D}^0\pi^0$ decay channel than in the $J/\psi\pi^+\pi^-$ channel?
• RQ4 Are the $Y(4260)$, $Y(4360)$, and $Y(4660)$ states best described as charmonium hybrids or as molecular states?
• RQ5 What is the quark content and $J^P$ quantum number of the $Z^{\pm}(4430)$, and how does it relate to the $X(3872)$?

主な発見

• The $X(3872)$ is a weakly bound charm meson molecule with a binding energy $E_X < 0.4$ MeV, implying a mean separation $\langle r\rangle_X > 3.5$ fm between its constituents.
• The $X(3872)$'s wavefunction is an equal superposition of $I=0$ and $I=1$ states: $X = \frac{1}{\sqrt{2}}(D^{*0}\bar{D}^{0} - D^{0}\bar{D}^{*0})$, explaining its isospin-violating decays.
• The mass shift of $3.8 \pm 1.1$ MeV between decay channels arises from different line shapes: a resonance below the $D^{*0}\bar{D}^{0}$ threshold in $J/\psi\pi^+\pi^-$ and a threshold enhancement above it in $D^0\bar{D}^0\pi^0$.
• The $X(3872)$ is likely a bound state below the $D^{*0}\bar{D}^{0}$ threshold, with a predicted zero in the $B^+ \to K^+ + J/\psi\pi^+\pi^-$ line shape about 6 MeV above the threshold and in $B^0 \to K^0 + J/\psi\pi^+\pi^-$ about 2 MeV below it.
• The $Y(4260)$, $Y(4360)$, and $Y(4660)$ are strong candidates for charmonium hybrids, with their lack of resonance peaks in $e^+e^-$ cross sections supporting this interpretation.
• The $Z^{\pm}(4430)$ is an exotic tetraquark meson with $c\bar{c}u\bar{d}$ quark content and $I^G = 1^+$, and is the charged member of an isospin multiplet.