[論文レビュー] Is the Y(4260) just a coupled-channel signal?

Eef van Beveren, George Rupp|ArXiv.org|May 29, 2006

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 13被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、$\pi\pi J/\psi$終状態で観測されたY(4260)共鳴状態が、基本的な$c\bar{c}$状態ではなく、4.2–4.4 GeV付近の$P$波$D_sD_s^*$、$D^*D^*$、$D_s^*D_s^*$の結合チャンネル効果であると提案している。以前のクォーカー状態研究から得られたパラメータを変更せずに使用する結合チャンネルモデルにより、観測された共鳴状構造は、4.4 GeVにおける運動学的最小値と$\psi(3S,4040)$の尾部の干渉によって生じており、$S$行列の極を伴わないため、この質量に真の共鳴状態は存在しないと示唆している。

ABSTRACT

The Ds-Ds*, D*-D*, and Ds*-Ds*, P-wave channels in the energy region of the Y(4260) charmonium structure are studied in a coupled-channel model applied to JPC=1-- c-cbar resonances. The three channels exhibit enhancements that peak at 4.27 GeV, 4.26 GeV, and 4.33 GeV, respectively, having widths ranging from 80 to 200 MeV. However, no S-matrix poles are found, other than those associated with the psi(2D,4160) and psi(4S,4415). The conclusion is that the observed Y(4260) signal(s) in pi-pi J/psi is (are) probably associated with the opening of the aforementioned channels, resulting in a resonance-like structure caused by the tail of the psi(3S,4040) resonance, roughly midway between the mentioned P-wave thresholds and a sharp kinematical minimum at about 4.4 GeV present in both the experimental and the model scattering amplitude.

研究の動機と目的

• Y(4260)の$\pi\pi J/\psi$終状態における増幅が、真の共鳴状態であるのか、それとも結合したメソン-メソンチャンネルからの動的効果であるのかを調査すること。
• P波$c\bar{c}$状態とそれらの開放charmメソン対への結合が、4.26 GeV付近の観測された構造をどのように生成するかを検討すること。
• Y(4260)信号が、$S$行列の極を必要とせず、$\psi(3S,4040)$の尾部と4.4 GeVにおける運動学的最小値の干渉によって説明可能かどうかを検証すること。
• このエネルギー領域における共鳴状態同定の$S$行列極基準の妥当性を評価すること。
• 非-OZI崩壊への影響と、観測信号において$f_0(980)J/\psi$チャンネルが優位である理由を検討すること。

提案手法

• Ref. [8]に基づく結合チャンネルモデルを$J^{PC} = 1^{--}$クォーカー状態に適用し、一貫性を保つためにパラメータを変更しない。
• モデルは、しきい値以下のメソンループと、しきい値以上のメソン-メソン散乱を非摂動的に含み、$D$、$D_s$、$D^*$、$D_s^*$対への$P$波および$F$波結合を含む。
• モデルの遷移ポテンシャルから、$S$波および$D$波$c\bar{c}$状態への相対的結合が導かれる。$D_sD_s^*$、$D^*D^*$、$D_s^*D_s^*$チャンネルは、4.2–4.4 GeV近辺で主要とみなされる。
• 散乱振幅を数値的に計算し、共鳴構造、谷、干渉効果のエネルギー依存性を分析する。
• モデルの予測をBABARおよびCLEOのデータと比較し、特に$\pi^+\pi^-J/\psi$および$K^+K^-J/\psi$のインヴァリアント質量分布を検証する。
• 位相の動きと振幅の振る舞いをシミュレートし、$\psi(2D,4160)$が現実には広がっていると仮定した場合、4.05–4.21 GeV領域の8点のデータに適合するかをテストする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Y(4260)共鳴状態は真の$S$行列極であるのか、それとも結合チャンネル$P$波メソン対からの動的効果であるのか？
• RQ2 $\pi\pi J/\psi$における観測されたY(4260)信号は、$\psi(3S,4040)$の尾部と4.4 GeVにおける運動学的最小値の干渉によって再現可能か？
• RQ3 $f_0(980)$が$D_sD_s^*$および$D_s^*D_s^*$に強く結合するのにもかかわらず、なぜY(4260)崩壊において$f_0(980)J/\psi$チャンネルが優位なのか？
• RQ4 4.2–4.4 GeV領域に$S$行列極が存在しないことは、Y(4260)が共鳴状態ではなく、しきい値効果であることを示唆するのか？
• RQ5 モデルが予測する$D_sD_s^*$、$D^*D^*$、$D_s^*D_s^*$信号の形状は、BABARデータの形状とどの程度一致するか？

主な発見

• 4.2–4.4 GeV領域には、$\psi(2D,4160)$および$\psi(4S,4415)$以外に$S$行列極が見つからず、Y(4260)質量に真の共鳴状態は存在しないと示唆している。
• $D_sD_s^*$、$D^*D^*$、$D_s^*D_s^*$チャンネルそれぞれが、4.27 GeV、4.26 GeV、4.33 GeVでピークを示し、幅は80–200 MeVの間である。
• 散乱振幅に約4.4 GeVで鋭い運動学的最小値が現れ、これが観測された共鳴状構造を形作る重要な特徴である。
• モデルは、$\sqrt{s} = 4.25$ GeVにおけるOZI許可ハドロン断面積を約0.36 GeV⁻²と予測し、これは$e^+e^-$で約7 nbarnに相当し、実験的推定値と整合的である。
• モデルにおける$D_sD_s^*$および$D_s^*D_s^*$信号の和は、BABARデータの形状を合理的に再現しており、非OZI崩壊が約10％寄与する場合、$e^+e^-$断面積の最大値は30–40 pbである。
• 観測されたY(4260)信号は、$f_0(980)J/\psi$チャンネルによって支配されており、これは$f_0(980)$が$s\bar{s}$性質を持ち、しきい値近辺で$S$波優位性を示すため、$D_sD_s^*$および$D_s^*D_s^*$と強く結合するためである。