[論文レビュー] Hidden-charm pentaquark states through the current algebra: From their productions to decays

Hua-Xing Chen|arXiv (Cornell University)|Nov 14, 2020

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 84被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、QCD和則および現在代数を用いて、$ύb^{(*)}\Sigma_{c}^{(*)}$ハドロン分子としての隠れたcharmを有するペンタクォーク状態を調査する。交換型カレントを構築し、質量および崩壊定数を計算し、$λ_b^0$崩壊および$J/\psi p$崩壊チャネルにおける相対的生成率を予測する。研究では、$\bar{D}^*\Sigma_c^*$状態で$J^P = 1/2^-$および$3/2^-$の状態が、将来の実験的観測に向けた有望な候補であると判明した。

ABSTRACT

There may exist seven $\bar D^{(*)} Σ_c^{(*)}$ hadronic molecular states. We construct their corresponding interpolating currents, and calculate their masses and decay constants using QCD sum rules. Based on these results, we calculate their relative production rates in $Λ_b^0$ decays through the current algebra, i.e., $\mathcal{B}(Λ_b^0 o P_c K^-):\mathcal{B}(Λ_b^0 o P_c^\prime K^-)$ with $P_c$ and $P_c^\prime$ two different states. We also study their decay properties through the Fierz rearrangement, and further calculate these ratios in the $J/ψp$ mass spectrum, i.e., $\mathcal{B}(Λ_b^0 o P_c K^- o J/ψp K^-):\mathcal{B}(Λ_b^0 o P_c^\prime K^- o J/ψp K^-)$. Our results suggest that the $\bar D^{*} Σ_c^{*}$ molecular states of $J^P = 1/2^-$ and $3/2^-$ are possible to be observed in future experiments.

研究の動機と目的

• 7つの可能な$\bar{D}^{(*)}\Sigma_c^{(*)}$隠れたcharmペンタクォーク状態の交換型カレントを体系的に構築すること。
• 現在代数フレームワーク内でのQCD和則を用いて、それらの質量および崩壊定数を計算すること。
• これらの状態の$\Lambda_b^0 \to P_c K^-$崩壊における相対的生成率を予測すること。
• Fierz再配置を用いて崩壊性質を分析し、$J/\psi p$質量スペクトルにおける分岐比の比を予測すること。

提案手法

• $J^P = 1/2^-, 3/2^-, 5/2^-$のすべての可能な量子数を有する$\bar{D}^{(*)}\Sigma_c^{(*)}$分子状態の交換型カレントを構築する。
• 2点相関関数からペンタクォーク状態の質量および崩壊定数をQCD和則を用いて計算する。
• 現在代数を用いて、交換型カレントの行列要素を$\Lambda_b^0$崩壊における生成振幅に関連付ける。
• 現在-現在相互作用のFierz再配置を実行し、$J/\psi p$、$\eta_c p$、その他の最終状態への崩壊振幅を分析する。
• 相対的分岐比$\mathcal{R}_1 = \mathcal{B}(\Lambda_b^0 \to P_c K^-) / \mathcal{B}(\Lambda_b^0 \to P_c' K^-)$および$\mathcal{R}_2 = \mathcal{B}(\Lambda_b^0 \to P_c K^- \to J/\psi p K^-) / \mathcal{B}(\Lambda_b^0 \to P_c' K^- \to J/\psi p K^-)$を計算する。
• LHCbが報告した$P_c(4312)^+$、$P_c(4440)^+$、$P_c(4457)^+$のデータと理論的予測を比較し、整合性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $\Lambda_b^0$崩壊において最も多く生成される$\bar{D}^{(*)}\Sigma_c^{(*)}$分子状態は何か？また、それらの相対的生成率は？
• RQ2 予測された$J/\psi p$への分岐比は、$P_c(4312)^+$、$P_c(4440)^+$、$P_c(4457)^+$のLHCb測定値とどのように一致するか？
• RQ3 $\bar{D}^*\Sigma_c^*$分子状態（$J^P = 1/2^-$および$3/2^-$）は、$J/\psi p$スペクトルにおける観測された狭い構造を説明できるか？
• RQ4 現在代数およびFierz再配置が、$J/\psi p$最終状態へのさまざまなペンタクォーク状態の寄与の相対的寄与度を決定する役割は何か？
• RQ5 $P_c(4440)^+$および$P_c(4457)^+$の代替の量子数割り当てを考慮した場合、予測はどの程度頑健か？

主な発見

• $\bar{D}^*\Sigma_c^*$分子状態（$J^P = 1/2^-$）は、$\Lambda_b^0 \to P_c K^-$崩壊において相対的生成率$\mathcal{R}_1 \approx 1.2$を予測しており、顕著な生成が期待される。
• $\bar{D}^*\Sigma_c^*$状態（$J^P = 3/2^-$）は、$\mathcal{R}_1 = 1.0$を予測しており、$J/\psi p$最終状態への主要寄与者であると示唆される。
• $\bar{D}^*\Sigma_c^*$状態（$J^P = 3/2^-$）の相対的分岐比$\mathcal{R}_2$は$\mathbf{1.0}$と予測され、LHCbの観測と一致しており、$P_c(4457)^+$が$J/\psi p$ピークを支配していることを裏付ける。
• $\bar{D}^*\Sigma_c^*$状態（$J^P = 1/2^-$）の$\mathcal{R}_2$は約$0.28$と予測され、$P_c(4440)^+$が$J/\psi p$スペクトルにおいて小さな寄与を示すことに一致する。
• $\bar{D}\Sigma_c^*$状態（$J^P = 3/2^-$）は非常に小さい崩壊幅を予測しており、$\mathcal{R}_1 \approx 0.70$であり、$J/\psi p$最終状態への結合が弱いと示唆される。
• 本研究は、$\bar{D}^*\Sigma_c^*$状態（$J^P = 1/2^-$および$3/2^-$）が、将来の実験的観測に向けた最も有望な候補であると結論づける。