[論文レビュー] Looking for the hidden-charm pentaquark resonances in $J/\psi p$ scattering

Hongxia Huang, Jialun Ping+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 30, 2019

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、クォーク脱局在色スクリーニング模型（QD-CSM）と共鳴群法（RGM）を用いて、新たに観測された隠れ charm プェンタクォーク Pc(4312)、Pc(4440)、Pc(4457) が、それぞれ ΣcD (1/2−)、ΣcD∗ (3/2−)、ΣcD∗ (1/2−) のバリオン-メソン分子状態であると提案する。研究では、11 GeV 以上の質量領域にさらに幅の狭いペンタクォークが存在すると予測し、今後の実験における新たな探索チャネルを示唆する。

ABSTRACT

In the framework of quark delocalization color screening model, the three new reported pentaquarks $P_{c}(4312)$, $P_{c}(4440)$, and $P_{c}(4457)$ can be identified as the hidden-charm molecular states $\Sigma_{c}D$ with $J^{P}=\frac{1}{2}^{-}$, $\Sigma_{c}D^{*}$ with $J^{P}=\frac{3}{2}^{-}$, and $\Sigma_{c}D^{*}$ with $J^{P}=\frac{1}{2}^{-}$, in the baryon-meson scattering process, respectively. Besides, the $\Sigma^{*}_{c}D^{*}$ of both $J^{P}=\frac{1}{2}^{-}$ and $J^{P}=\frac{3}{2}^{-}$ are also possible molecular pentaquarks. Moreover, the calculation is extended to the $P_{c}-$like molecular pentaquarks $P_{b}$. Several states with masses above $11$ GeV and narrow width are obtained. All these heavy pentaquarks are worth searching in the future experiments.

研究の動機と目的

• 新たに観測された隠れ charm ペンタクォーク Pc(4312)、Pc(4440)、Pc(4457) の分子状態としての性質を解明すること。
• クォーク脱局在色スクリーニング模型（QD-CSM）と共鳴群法（RGM）を用いて、J/ψp 反応におけるバリオン-メソン散乱を研究すること。
• 11 GeV 以上の質量領域にさらに幅の狭いペンタクォーク共鳴状態が存在することを予測し、今後の実験的検証を目的とすること。
• ハドロン-ハドロン散乱における隠れ charm および隠れ bottom ペンタクォークの探索に理論的支援を提供すること。

提案手法

• バリオンおよびメソンの内部構造を記述するため、クォーク脱局在色スクリーニング模型（QD-CSM）を用い、色スクリーニングおよびクォーク脱局在効果を組み込む。
• 共鳴群法（RGM）を用いてバリオン-メソン散乱系をモデル化し、クラスター波動関数と相対運動振幅から波動関数を構築する。
• 束縛状態のためのガウス基底関数、散乱状態のための球ハルケル関数を含む複素数関数を用いて相対運動波動関数を拡張する。
• 変分法を用いて L 次偏波散乱方程式を解き、展開係数を決定し、位相シフトを計算する。
• 位相シフトから S 行列要素および散乱断面積を計算し、実験データと比較する。
• 束縛状態の予測を、11 GeV 以上の質量と狭い幅を示す Pb に類似した分子的ペンタクォークに拡張する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 新たに観測された3つのペンタクォーク Pc(4312)、Pc(4440)、Pc(4457) が、それぞれ特定の量子数を持つ ΣcD、ΣcD∗、ΣcD∗ の分子状態として同定可能か？
• RQ2 クォーク脱局在色スクリーニング模型（QD-CSM）は、これらのペンタクォークの構造的性質および結合にどのように寄与するか？
• RQ3 本フレームワークにより、特に11 GeV 以上の質量領域に存在する幅の狭い追加のペンタクォーク共鳴状態が予測されるか？
• RQ4 J/ψp チャネルにおける計算された散乱断面積は、LHCb が得た実験データとどの程度一致するか？
• RQ5 本モデルは、隠れ charm の状態に類似した隠れ bottom ペンタクォーク状態の存在を予測できるか？

主な発見

• Pc(4312) 状態は、JP = 1/2− の ΣcD 分子状態として同定され、計算された質量は 4306.7–4311.3 MeV、崩壊幅は 7.1 MeV であり、実験的質量および狭い幅と整合的である。
• Pc(4440) 状態は JP = 3/2− の ΣcD∗ 分子状態として解釈され、Pc(4457) 状態は JP = 1/2− の ΣcD∗ 分子状態として解釈され、両者とも実験データと良好に一致する。
• 本モデルは、JP = 1/2− および JP = 3/2− の両方を有する Σ∗cD∗ 状態を含む、追加の分子的ペンタクォーク状態の存在を予測しており、これらも有効な候補である。
• Pb に類似した分子的セクターにおいて、11 GeV 以上の質量と小さな幅を示す多数の狭いペンタクォーク状態が予測され、現在の LHCb 観測を超える新しい物理学の可能性を示唆する。
• 計算された J/ψp 散乱断面積には、Pc(4312)、Pc(4440)、Pc(4457) の観測ピークと一致する共鳴構造が現れ、分子的像の妥当性を裏付ける。
• 本研究は、今後の実験において、特に11–12 GeV の範囲に存在する予測された重いペンタクォークを探索すべきであると提言し、隠れ charm および隠れ bottom 状態の分子的性質の確認に寄与する。