[論文レビュー] Explanation of the newly obseaved $Z_{cs}^-(3985)$ as a $D_s^{(*)-}D^{(*)0}$ molecular state

Zhi-Feng Sun, C. W. Xiao|arXiv (Cornell University)|Nov 18, 2020

Advanced Chemical Physics Studies被引用数 16

ひとこと要約

本稿では、BESIIIが新たに観測した$Z_{cs}^{-}(3985)$共鳴状態が、$D_s^{*} \bar{D}^{*}$から成る緩やかな分子状態であると提案している。この状態には$D_s^{+} \bar{D}^{*}$および$D_s^{*} \bar{D}$チャンネルからの顕著な成分が含まれる。チャイral対称性および隠れた局所対称性に基づくラグランジアンを用いて、有効ポテンシャルを計算し、オンシェル近似を用いた連立チャンネルBethe-Salpeter方程式を解いた結果、$3982.34 - i0.53$ MeVに極が存在し、実験的質量および幅と整合的であることがわかった。

ABSTRACT

Inspired by the newly observed $Z_{cs}^-(3985)$ by BESIII collaboration, we study the structure of this particle in the picture of $D_s^{(*)-}D^{(*)0}$ molecular state. Firstly we systematically construct the Lagrangians which describing the interaction of charmed mesons, taking into account the chiral and hidden local symmetries. With the obtained effective potentials from the Lagrangians constructed, we solve the coupled channel Bethe-Salpeter equation with the on-shell approximation. On the third Reimann sheet, a pole position of around $3982.34-i0.53$ MeV is obtained, which can be associated to the $Z_{cs}^-(3985)$ and explained as a loose bound state of $D_s^*\bar{D}^*$.

研究の動機と目的

• BESIIIが報告した新たに観測された$Z_{cs}^{-}(3985)$共鳴状態の性質を調査すること。
• この状態が、特に$D_s^{(*)-}D^{(*)0}$のチャーム中間子の分子結合状態として解釈可能かどうかを特定すること。
• 連立チャンネル（$D_s^{+}\bar{D}^{*}$、$D_s^{*}\bar{D}$、$D_s^{*}\bar{D}^{*}$）が共鳴状態の生成に果たす役割を研究すること。
• 運動量空間のカットオフおよび接触項パラメータの符号の変化に対する結果の頑健性を評価すること。

提案手法

• チャーム中間子と軽い中間子の間の相互作用を記述するため、チャイral対称性および隠れた局所対称性に基づく有効ラグランジアンを構築する。
• 部分波射影を用いてこれらのラグランジアンから有効ポテンシャルを導出し、4体相互作用のための接触項を含める。
• オンシェル因子化を用いた連立チャンネルBethe-Salpeter方程式を解き、チャンネル間の動的結合を考慮する。
• 第三リーマン面での数値解析を実施し、共鳴状態に対応する極の位置を特定する。
• 運動量カットオフ$q_{\text{max}}$を900から1300 MeVに変化させ、極の位置の安定性をテストする。
• 接触項パラメータ$\bar{d}$の符号の感度を検証し、極の位置に及ぼす影響が最小限であることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $Z_{cs}^{-}(3985)$共鳴状態は、$D_s^{(*)-}D^{(*)0}$中間子の分子状態として説明可能か？
• RQ2 特に$D_s^{+}\bar{D}^{*}$および$D_s^{*}\bar{D}$チャンネルが、$Z_{cs}^{-}(3985)$状態の生成に果たす役割は何か？
• RQ3 運動量空間のカットオフの変化に対して予測された極の位置はどの程度安定か？
• RQ4 接触項パラメータ$\bar{d}$の符号の変化に対して結果は敏感か？
• RQ5 $D_s^{*}\bar{D}^{*}$チャンネルだけが束縛状態を形成できるのか、それとも連立チャンネルのダイナミクスが不可欠か？

主な発見

• $q_{\text{max}} = 1000$ MeVのとき、第三リーマン面に$3982.34 - i0.53$ MeVの極が存在し、$Z_{cs}^{-}(3985)$の実験的質量および幅と一致する。
• $q_{\text{max}}$を900から1300 MeVに変化させたとき、極の実部は4 MeV未満、虚部は0.3 MeV未満で変化し、極の位置の頑健性が示された。
• $D_s^{*}\bar{D}^{*}$チャンネルだけでは束縛状態を形成できない。$D_s^{+}\bar{D}^{*}$および$D_s^{*}\bar{D}$からの連立チャンネル効果が共鳴状態の生成に不可欠である。
• 接触項パラメータ$\bar{d}$の符号を反転させても、極の位置は安定しており、わずかなシフトしか生じない。
• この状態は、$D_s^{*}\bar{D}^{*}$の緩やかな束縛状態であり、$D_s^{+}\bar{D}^{*}$および$D_s^{*}\bar{D}$からの顕著な成分を有する。これは$a_0(980)$構造と類似している。
• 理論的予測はBESIIIのデータと一致する：$m = 3982.5^{+1.8}_{-2.6} \pm 2.1$ MeVおよび$\Gamma = 12.8^{+5.3}_{-4.4} \pm 3.0$ MeV。