[論文レビュー] Is $d^*$ a candidate of hexaquark-dominated exotic state?

Fei Huang, Z. Y. Zhang+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 3, 2014

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、WASA-at-COSYで観測された二重π融合反応における$d^*$共鳴状態（$M \approx 2380$ MeV、$\Gamma \approx 70$ MeV）が、隠れた色（CC）配置に支配されるヘキサクォーク主導のExotic状態であると提唱する。微視的チャーミッククォーク模型をリゾネーティンググループ法（RGM）内で用いると、$d^*$は66–68%のCC成分を有し、2.38–2.42 GeVの質量と、コンパクトなサイズ（RMS半径0.76–0.88 fm）を示す。これは、複数の崩壊閾値を超えていながらも幅が狭い理由を説明する。

ABSTRACT

We confirm our previous prediction of a $d^*$ state with $I(J^P)=0(3^+)$ [Phys. Rev. C 60, 045203 (1999)] and report for the first time based on a microscopic calculation that $d^*$ is a hexaquark dominated exotic state as it has about 2/3 hidden color (CC) configurations. By performing a more elaborate dynamical coupled-channels investigation of the $ΔΔ$-CC system within the framework of resonating group method (RGM) in a chiral quark model, we found that the $d^*$ state has a mass of about 2.38-2.42 GeV, a root-mean-square radius (RMS) of 0.76-0.88 fm, and a CC fraction of 66%-68%. The last ensures that the $d^*$ has a rather narrow width which, together with the quantum numbers and our calculated mass, is consistent with the newly observed resonance-like structure ($M\approx 2380$ MeV, $Γ\approx 70$ MeV) in double-pionic fusion reactions reported by WASA-at-COSY Collaboration.

研究の動機と目的

• WASA-at-COSYで観測された二重π融合反応における$d^*$共鳴状態の内部構造を調査すること。
• $d^*$が、通常の二バリオン状態や分子状態ではなく、ヘキサクォーク（隠れた色）配置に支配されているかどうかを特定すること。
• 複数の崩壊閾値を超えていながらも幅が狭い$d^*$の幅の起源を理解すること。
• クォークに基づくフレームワーク内で、$d^*$状態を微視的かつパラメータフリーに説明すること。

提案手法

• リゾネーティンググループ法（RGM）を用いて、チャーミッククォーク模型内での$\Delta\Delta$-CC結合チャンネル系を記述する。
• 短距離クォーク-クォーク力のモデル化として、一粒子グルーオン交換（OGE）およびベクトルメソン交換（VME）を含める。
• $\Delta\Delta$チャンネルと隠れた色（CC）チャンネルを含む、動的結合チャンネル計算を実行する。
• 既知のハドロン物理学と整合性を保つために、核子-核子散乱位相シフトおよびデュートリウムの結合エネルギーから固定されたモデルパラメータを用いる。
• CC成分の割合と空間的サイズ（RMS半径）を抽出するために、$d^*$状態の相対波動関数を計算する。
• CCチャンネルへの結合強度とその全幅への寄与を分析することで、崩壊幅を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $d^*$共鳴状態は、主に隠れた色（CC）配置に支配されるヘキサクォーク状態であるか？
• RQ2 クォーク交換および短距離クォーク-クォーク相互作用（OGEおよびVME）が、$I(J^P) = 0(3^+)$の$\Delta\Delta$系を結合させる役割を果たすか？
• RQ3 観測された狭い幅（70 MeV）は、特に大きなCC成分のおかげで説明可能か？
• RQ4 $d^*$の質量とサイズは、WASA-at-COSYからの実験的観測とどのように一致するか？
• RQ5 追加のパrameterを用いずに、$\Delta\Delta$-CC系において$d^*$状態が動的に生成された共鳴状態として出現するか？

主な発見

• $d^*$状態は、66–68%の隠れた色（CC）成分を有しており、ヘキサクォーク主導のExotic状態であることが確認された。
• $d^*$の計算された質量は2.38–2.42 GeVであり、WASA-at-COSYによる実験的値$M \approx 2380$ MeVと非常に良好に一致する。
• $d^*$の二乗平均平方（RMS）半径は0.76–0.88 fmであり、コンパクトで強く結合した構造を示している。
• 大きなCC成分が、$\Delta N\pi$および$NN\pi\pi$チャンネルへの崩壊を抑制することで、$d^*$の狭い幅を説明している。
• 強力なクォーク交換およびOGEとVMEによる短距離引力のおかげで、$I(J^P) = 0(3^+)$の$\Delta\Delta$系は、唯一、結合している。
• これは、NN散乱に用いられたパラメータを除いて追加のフィッティングパラメータを一切用いずに、$d^*$をヘキサクォーク主導状態として初めて微視的に示した計算である。