[論文レビュー] On the origin of the narrow peak and the isospin symmetry breaking of the $X$(3872)

S. Takeuchi, Kazuya Shimizu+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 5, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 90被引用数 22

ひとこと要約

この論文は、X(3872)の非常に狭い幅と大きなアイソスピン対称性の破れを説明するため、チャーミオン-2メソンハイブリッドモデルを提案する。ρおよびωメソンのエネルギー依存性幅を組み込み、D⁰D*⁰、D⁺D*⁻、J/ψρ、J/ψωチャンネルに結合するcc(2P)クォークコンデンサブル成分を含めたモデルにより、D⁰D*⁰閾値付近の観測された狭いピークを再現し、DおよびD*メソンの質量差によって生じるJ/ψρ/J/ψωの分支比の非対称性を説明する。

ABSTRACT

The $X$(3872) formation and decay processes in the $B$-decay are investigated by a $c\bar c$-two-meson hybrid model. The two-meson state consists of the $D^0{\bar D}^*{}^0$, $D^+D^{*-}$, $J/\psi ho$, and $J/\psi\omega$ channels. The energy-dependent decay widths of the $ ho$ and $\omega$ mesons are introduced. The $D$-${\bar D}^*$ interaction is taken to be consistent with a lack of the $B{\bar B}^*$ bound state. The coupling between the $D{\bar D}^*$ and $J/\psi ho$ or the $D{\bar D}^*$ and $J/\psi\omega$ channels is obtained from a quark model. The $c{\bar c}$-$D{\bar D}^*$ coupling is taken as a parameter to fit the $X$(3872) mass. The spectrum is calculated up to 4 GeV. It is found that very narrow $J/\psi ho$ and $J/\psi\omega$ peaks appear around the $D^0{\bar D}^*{}^0$ threshold. The size of the $J/\psi\pi^3$ peak we calculated is 1.29-2.38 times as large as that of the $J/\psi\pi^2$. The isospin symmetry breaking in the present model comes from the mass difference of the charged and neutral $D$ and $D^*$ mesons, which gives a sufficiently large isospin mixing to explain the experiments. It is also found that values of the ratios of the transfer strengths can give the information on the $X$(3872) mass or the size of the $c{\bar c}$-$D{\bar D}^*$ coupling.

研究の動機と目的

• X(3872)の非常に狭い幅が、複数の2メソン閾値に近接しているにもかかわらず説明できるか。
• X(3872)がJ/ψρおよびJ/ψω最終状態に崩壊する際に観測された大きなアイソスピン対称性の破れを理解する。
• 3.872 GeV付近のJ/ψππスペクトルにおける狭いピーク構造の起源を特定する。
• cc(2P)状態と2メソンチャンネルとの結合がX(3872)の性質に与える影響を調査する。
• 部分崩壊幅の比が、cc-DD*結合定数またはX(3872)質量を制約できるかを検討する。

提案手法

• D⁰D*⁰、D⁺D*⁻、J/ψρ、J/ψωチャンネルを2メソン成分として含むc̄c-2メソンハイブリッドモデルを構築する。
• ρおよびωメソンのP波崩壊をモデル化するため、モノポール型フォーム因子を用いてエネルギー依存性幅を導入する。
• クォーク模型を用いてDD*とJ/ψVチャンネル間の結合を決定し、cc-DD*結合定数をフィットパラメータとして扱う。
• B̄B*束縛状態の存在しないことと整合するようにD-D*相互作用を課す。
• X(3872)ピークにエネルギー依存性メソン幅の効果を含めた、4 GeVまでの全質量スペクトルを計算する。
• X(3872)質量および崩壊分支比の実験データに合わせて、モデルパラメータ（ΛV、結合定数）をフィットする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ρおよびωメソンのエネルギー依存性幅が、D⁰D*⁰閾値付近のX(3872)スペクトルにどのように狭いピークを生成するか。
• RQ2 X(3872)崩壊におけるJ/ψρおよびJ/ψω最終状態への大きなアイソスピン対称性の破れの起源は何か。
• RQ3 観測された分支比比rD⁰D*⁰ ≈ 8.9–19.9は、モデルの結合パラメータと質量差によって説明可能か。
• RQ4 崩壊モード間の伝達強度比が、cc-DD*結合定数またはX(3872)質量の大きさをどのように反映するか。
• RQ5 X(3872)がcc(2P)状態と2メソン分子成分の重ね合わせとしてどの程度正確に記述できるか。

主な発見

• モデルは、D⁰D*⁰閾値付近で非常に狭いJ/ψρおよびJ/ψωピークを生成し、実験的観測（1.2 MeV未満）と整合する幅を再現する。
• 計算されたJ/ψπ³ピークの大きさは、J/ψπ²ピークの1.27–2.24倍であり、実験データと整合する。
• 電荷および中性のDおよびD*メソン間の質量差が、アイソスピン対称性の破れを自然に生じさせ、J/ψρとJ/ψω最終状態の1:1の分支比を説明するのに十分な混合を誘発する。
• D⁰D*⁰とJ/ψρチャンネルへの部分崩壊幅比は、cc-DD*結合強度に大きく依存し、この比が結合定数またはX(3872)質量を制約する手がかりとなる。
• ρおよびωメソンのエネルギー依存性幅は、狭いピークを生成するために不可欠であり、それらがなければピークは著しく広がる。
• モデルは、チャージドX(3872)状態の不在および1++スペクトルにおけるχc₁(2P)ピークの欠如を、実験観測と整合的に説明する。