[論文レビュー] P-wave dynamical generated state and LHCb hidden-charmed pentaquarks

Jun He|arXiv (Cornell University)|Jul 12, 2016

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 3被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、LHCbが観測したヒドローチャーミックなペンタクォーク $P_c(4380)$ と $P_c(4450)$ が、それぞれ $\bar{D}^*\bar{S}_c$ 相互作用から力学的に生成された P 波状態と S 波状態であると提案する。P 波状態は閾値に近く、幅が小さく、S 波状態と同等のピーク高さを示すことが示され、実験的により顕著に観測されやすいことが示唆され、観測された $J/\psi p$ 不変質量スペクトルの特徴と整合的である。

ABSTRACT

The P-wave dynamical generated state, as well as S-wave state, from hadron-hadron interactions through exchanging light hadron is investigated explicitly to understand the properties, especially spin-parities, of the hidden-charmed exotic hadrons observed recently at LHCb. In a toy model of two-channel scattering of scalar mesons, it is shown that P-wave state is closer to threshold than S-wave state, and has a relatively small width. An important observation is that the peak of a P-wave state has a height similar to a S-wave state. It suggests P-wave state is even easer to observe in experiment than S-wave state if the width is not very small. The two LHCb hidden-charmed pentaquarks are studied in this scheme. The $P_c(4380)$ and the $P_c(4450)$ can be assigned as $3/2^-$-wave and $5/2^+$-wave states dynamically generated from the $\bar{D}^*\Sigma_c$ interaction, respectively. The peak for the $P_c(4380)$ in the $J/\psi p$ invariant mass spectrum is broader but lower than the peak of the $P_c(4450)$, which is consistent with the LHCb experiment. Besides, the spin-parities of the $Y(4140)$ and the $Y(4274)$ reported by LHCb are also discussed and found it possible to be reproduced in current scheme.

研究の動機と目的

• 最近観測された LHCb のヒドローチャーミックなペンタクォークのスピン・パリティおよび力学的起源を理解すること。
• ハドロン-ハドロン相互作用から生成される P 波状態が、$P_c(4380)$ や $P_c(4450)$ のようなExoticハドロンの性質を説明できるかを調査すること。
• ピーク高さと幅に基づいて、P 波状態と S 波状態の力学的生成状態の観測可能性を比較すること。
• $Y(4140)$ と $Y(4274)$ が同様の力学的メカニズムから生じる可能性を検討すること。

提案手法

• スカラー中間子と軽いハドロンの交換を焦点とした二チャネル散乱モデルが用いられる。
• S 波および P 波チャネルにおける $\bar{D}^*\Sigma_c$ 散乱をモデル化するため、有効ラグランジアンを用いて相互作用核を構築する。
• 動的カップルチャネルアプローチを用いて、Bethe-Salpeter 方程式を解き、共鳴状態を生成する。
• 生成された状態の閾値挙動、幅、ピーク高さを分析し、実験データと比較する。
• 計算された共鳴状態の性質と観測された $J/\psi p$ 不変質量分布を一致させることで、スピン・パリティの割り当てが行われる。
• モデルは、$Y(4140)$ と $Y(4274)$ が可能なかつての力学的状態である可能性を議論するために拡張される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $P_c(4380)$ と $P_c(4450)$ は、$\bar{D}^*\Sigma_c$ 相互作用から力学的に生成された P 波状態と S 波状態として説明可能か？
• RQ2 同じ力学的枠組みの中で、P 波状態の幅とピーク高さは S 波状態と比べてどうなるか？
• RQ3 $P_c(4380)$ が $P_c(4450)$ よりも広いが低いピークを示すという観測結果は、モデルの予測と整合的か？
• RQ4 $Y(4140)$ と $Y(4274}$ のスピン・パリティは、この力学的枠組みで自然に再現可能か？

主な発見

• P 波状態は S 波状態よりも閾値に近いことが判明し、より束縛的または強く結合した構造であることを示唆している。
• P 波状態は相対的に幅が小さく、典型的な共鳴状態よりも安定で、広がりにくいことが示唆されている。
• わずかな幅にもかかわらず、P 波状態のピーク高さは S 波状態と同等であり、強い生成断面積を示している。
• $P_c(4380)$ は、$\bar{D}^*\Sigma_c$ 相互作用から力学的に生成された $3/2^-$ 波状態として同定され、$J/\psi p$ スペクトルにおける広いが低いピークと整合的である。
• $P_c(4450)$ は、同じ相互作用から生成された $5/2^+$ 波状態として割り当てられ、その狭く高いピークと一致する。
• モデルは、$Y(4140)$ と $Y(4274)$ が同様に力学的に生成された状態である可能性を示唆しているが、その正確な量子数についてはさらなる分析が必要である。