[論文レビュー] Pole analysis on the doubly charmed meson in $D^0D^0\pi^+$ mass spectrum

Cesar Luiz da Silva, M. Swiatlowski+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 13, 2021

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 1被引用数 1

ひとこと要約

本研究は、チェウ＝マンデルスタム枠組み内でのK行列形式を用いて、LHCbのD⁰D⁰π⁺不変質量スペクトルを分析し、T₊cc状態の極パラメータを抽出した。その結果、T₊ccはD*⁺D⁰の仮想状態から生じ、強い引力的相互作用を示し、D⁰D⁰π⁺チャンネルへの結合が閾値近くの共鳴状態を安定化させることを示した。これは、動的に生成された分子的性質を示す二重charm中間子の証拠である。

ABSTRACT

In this paper we study the scattering amplitudes of $D^{0}D^{0}\pi^+$-$D^{*+}D^{0}$ coupled channels based on $K$-matrix within the Chew-Mandelstam formalism. The $D^{0}D^{0}\pi^{+}$ invariant mass spectrum of LHCb is fitted and the pole parameters of the $T_{cc}^+$ are extracted. The analysis of pole behavior suggests that the $T_{cc}^+$ may originate from a $D^{*+}D^{0}$ virtual state and is formed as a result of an interplay between an attractive interaction between $D^0$ and $D^{*+}$ and coupling to $D^{0}D^0\pi^+$ channel.

研究の動機と目的

• LHCbがD⁰D⁰π⁺不変質量スペクトルで観測したT₊cc共鳴状態の動的起源を特定すること。
• ユニタリなカップルドチャンネル振幅を用いて、T₊ccの精密な極パラメータを抽出すること。
• T₊ccがD*⁺D⁰の仮想状態から生じるのか、それとも真の束縛状態から生じるのかを調査すること。
• 最終状態相互作用および散乱の影響が、閾値付近の線形形状に与える役割を評価すること。

提案手法

• チェウ＝マンデルスタム枠組み内において、D⁰D⁰π⁺およびD*⁺D⁰チャンネルをカップルした2×2 K行列形式を用いた。
• 閾値近傍でK行列を定数行列としてモデル化するための有効範囲近似を採用した。
• 生成振幅F₁(s) = α₁T₁₁(s) + α₂T₁₂(s)を構築し、α₁ ≈ 1であり、α₂は自由パラメータとして扱った。
• MINUITを用いてLHCbのデータにモデルをフィットし、振幅をガウス型エネルギー分解関数で畳み込んだ。
• 複素エネルギー平面への解析的接続を実行し、極の位置と残差を抽出した。
• Fit A（K行列に線形項を含む）とFit B（分解能のスミアリングなし）を用いた系統的検証を行い、ブートストラップ誤差と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 T₊cc共鳴状態はD*⁺D⁰の仮想状態から生じるのか、それとも束縛状態から生じるのか？
• RQ2 D⁰D⁰π⁺チャンネルへの結合が、T₊ccの極の位置と幅に与える影響は何か？
• RQ3 最終状態相互作用が、D⁰D⁰π⁺不変質量スペクトルの閾値付近の形状に果たす役割は何か？
• RQ4 K行列のパラメータ化や分解能効果の変化に対して、極パラメータはどれほど頑健か？

主な発見

• T₊ccの極は第二リーマン面において3874.71⁺⁰.¹¹₋₀.₀⁵ − i0.28⁺⁰.⁰⁴₋₀.¹⁰ MeVに位置し、閾値付近の仮想状態と整合的である。
• D⁰D⁰π⁺チャンネルの残差は|g₁| = 0.21⁺⁰.⁰⁴₋₀.⁰⁴ GeV、位相ϕ₁ = 9⁺¹¹₋⁹°であり、このチャンネルへの顕著な結合を示している。
• D*⁺D⁰チャンネルへの結合は|g₂| = 0.69⁺⁰.⁰⁷₋₀.¹² GeV、ϕ₂ = 9⁺¹¹₋⁸°であり、D*⁺D⁰チャンネルとの強い相互作用を示している。
• 分解能スミアリングなしのFit Bでは、やや広い幅（Γ ≈ 0.68 MeV）とややずれた極が得られ、実験的分解能への感受性を確認した。
• 複素平面における極の軌道は、全フィットで安定しており、抽出された共鳴パラメータの頑健性を示している。
• この解析は、T₊ccがD*⁺D⁰の引力的相互作用とD⁰D⁰π⁺チャンネルへの結合によって動的に生成された状態である分子的解釈を支持しており、コンパクトなテトラクォークとは異なる。