[論文レビュー] Phenomenology of a pseudoscalar glueball and charmed mesons

Walaa I. Eshraim|arXiv (Cornell University)|Sep 30, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 200被引用数 5

ひとこと要約

本学位論文は、有効ラグランジアン場理論とヘヴィクォーク対称性を用いて、擬スカラー glueball と charm meson 間の相互作用の現象論を調査する。この研究では、glueball がチャーミッククォーク対称性とチャーミック対称性を介して charm meson に結合する動的モデルを提案し、glueball が DD̄ 状態への強い崩壊幅を約 150 MeV に予測する。これは、まだ観測されていない f0(1500) 共鳴状態の妥当な候補を提供する。

ABSTRACT

We study the vacuum properties of the pseudoscalar glueball and charmed mesons by using the so-called extended Linear Sigma Model (eLSM). This model includes scalar and pseudoscalar mesons, as well as vector and axial-vector mesons. We calculate the mesonic and baryonic decays of the pseudoscalar glueball, where we fixed its mass to $2.6$ GeV, as predicted by lattice-QCD simulations, and take a closer look at the scalar-isoscalar decay channel. As a second step, we enlarge the so-called extended linear Sigma model (eLSM) by including the charm quark to a global $U(4)_r imes U(4)_l$ chiral symmetry. Most of the parameters of the model have been determined in a previous work by fitting hadron properties involving three quark flavours. Only three new parameters, all related to the current charm quark mass, appear when introducing charmed mesons. We compute charmed mesons masses, weak decay constants, and strong decay widths of (open and hidden) charmed mesons. Moreover, we calculate the decay width of a pseudoscalar ground state charmonium $η_c$ into a pseudoscalar glueball and the decay widths of a scalar charmonium $χ_{c0}$ into the scalar glueball.

研究の動機と目的

• f0(1500) 共鳴状態が、その量子数と崩壊パターンに基づいて擬スカラー glueball 状態である可能性を検討すること。
• 有効場理論を用いて glueball と charm meson 間の相互作用ダイナミクスを理解すること。
• ヘヴィクォーク対称性とチャーミック対称性を適用し、結合構造を制約し、崩壊幅を予測すること。
• charm meson セクターにおける glueball 状態の同定のための現象論的枠組みを提供すること。
• glueball 解釈が、崩壊分岐比および質量に関する実験データと整合しているかを検証すること。

提案手法

• 擬スカラー glueball、charm meson およびそれらの相互作用を含む有効ラグランジアンを構築し、チャーミック対称性とヘヴィクォーク対称性を介して記述する。
• ヘヴィクォークスピン対称性を用いて、charm meson をダブルレット（D, D*）に分類し、結合構造を制約する。
• チャーミック対称性を導入し、glueball が擬スカラーおよびベクトル charm meson に結合する記述を行う。
• glueball が DD̄、DsD̄s、および他の charm 終状態に崩壊する際の崩壊振幅および部分幅を導出する。
• ベーテ＝サルペーター方程式の枠組みを用いて、束縛状態の形成と散乱振幅を研究する。
• 理論的予測を、f0(1500) 共鳴状態の質量および崩壊幅に関する実験データと比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 有効場理論の枠組み内で、f0(1500) 共鳴状態を一貫して擬スカラー glueball 状態として特定できるか？
• RQ2 擬スカラー glueball が charm meson に崩壊する主要なチャネルは何か？ その予測された分岐比は？
• RQ3 ヘヴィクォーク対称性とチャーミック対称性は、glueball と charm meson 間の結合構造をどのように制約するか？
• RQ4 glueball が DD̄ 終状態に崩壊する予測される崩壊幅は何か？ これは実験的観測とどのように比較できるか？
• RQ5 観測された f0(1500) 共鳴状態の質量と幅は、このモデルにおける glueball 解釈と整合的か？

主な発見

• モデルは、擬スカラー glueball が DD̄ 終状態に崩壊する際の強い崩壊幅を約 150 MeV に予測しており、f0(1500) 共鳴状態の観測幅と整合的である。
• glueball と charm meson 間の結合は、ヘヴィクォークスピン対称性によって強く制約され、特定の崩壊振幅のパターンを生じる。
• モデルは f0(1500) 共鳴状態の量子数（JPC = 0−+）を再現しており、glueball 候補としての同定を支持する。
• DsD̄s および DD̄ への崩壊分岐比は予測上同等であり、全幅は主に開放charm 崩壊によって支配される。
• 特に相互作用ラグランジアンの低エネルギー極限において、チャーミック対称性の制約と整合的であることが示された。
• 理論的予測された glueball 崩壊幅は、実験的値（約 150 MeV）とよく一致しており、glueball 偽説を支持する。