[論文レビュー] Predictions for masses of Xi_b baryons

Marek Karliner, Boaz Keren-Zur+2 more|ArXiv.org|Jun 14, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 5被引用数 10

ひとこと要約

この論文は、クォーク模型に基づくカラーヒューブライン反応を用いて、既知のcharm-Strangeバリオン質量から外挿して$\bar{\Xi}_b$バリオンの質量を予測している。基底状態$\bar{\Xi}_b$の質量は5790–5800 MeVの範囲に予測され、励起状態$\bar{\Xi}_b'$および$\bar{\Xi}_b^{*}$は約150–160 MeV高いとされ、ハイパーファイン分裂は20–30 MeVの範囲にあり、後にCDFとD0が観測した結果と整合的である。

ABSTRACT

The recent observation by CDF of Sigma_b^{+-} (uub and ddb) baryons within 2 MeV of the predicted Sigma_b - Lambda_b splitting has provided strong confirmation for the theoretical approach based on modeling the color hyperfine interaction. We now apply this approach to predict the masses of the Xi_b family of baryons with quark content usb and dsb - the ground state Xi_b at 5790 to 5800 MeV, and the excited states Xi_b^' and Xi_b^*. The main source of uncertainty is the method used to estimate the mass difference m_b - m_c from known hadrons. We verify that corrections due to the details of the interquark potential and to Xi_b-Xi_b^' mixing are small.

研究の動機と目的

• charm-Strangeバリオンからの理論的外挿を用いて$\bar{\Xi}_b$バリオンの質量を予測すること。
• $m_b - m_c$の推定方法の違いが質量予測に与える影響を評価すること。
• スピンおよび軌道励起のパターンに基づいて励起状態$\bar{\Xi}_b'$および$\bar{\Xi}_b^{*}$の質量を推定すること。
• クォーク間ポテンシャルの詳細および軽クォークスピン状態の混合による補正を評価すること。
• テバトロンおよびLHCにおける実験的検証のベンチマークを提供すること。

提案手法

• カラーヒューブライン反応を含む構成クォーク模型を適用：$ V^{HF}_{ij} = v \frac{\vec{\sigma}_i \cdot \vec{\sigma}_j}{m_i m_j} \langle \delta(r_{ij}) \rangle $。
• $\Xi_c = 2469.5 \pm 0.5$ MeV の既知の質量を、$\Xi_b$ 予測の出発点として使用する。
• $m_b - m_c$ を3つの方法で推定：$\Lambda_b - \Lambda_c$、スピン平均バリオン質量、$B_s$-$D_s$メソン質量。
• $\Xi_c^*$、$\Xi_c'$、$\Xi_c$ の質量から導かれる$\langle \delta(r_{us}) \rangle$ の期待値を用いて、$\Xi_c$ と $\Xi_b$ 間のハイパーファイン相互作用の違いを補正する。
• 摂動論的理論を用いて $S=0$ と $S=1$ の軽クォーク状態間の混合効果を評価し、補正が無視できる（<0.04 MeV）ことが判明。
• CDFとD0の実験データと照合し、後に$\Xi_b^-$ が約5793 MeVで観測されたことを確認。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $\Xi_c$ および $\Lambda_b$ の質量からの外挿に基づいて、基底状態$\Xi_b$ バリオンの予測質量は何か？
• RQ2 $m_b - m_c$ の推定方法の選択が、$\Xi_b$ の予測質量に与える影響は何か？
• RQ3 $\Xi_b'$ および $\Xi_b^{*}$ の励起状態の予測質量は、$\Xi_b$ に対してどの程度か？
• RQ4 クォーク間ポテンシャルの形および軽クォークスピン状態間の混合による補正はどの程度顕著か？
• RQ5 理論的予測は、CDFとD0の実験的観測とどのように一致するか？

主な発見

• 基底状態$\Xi_b$ の予測質量は、$m_b - m_c$ の推定方法に応じて5790～5800 MeVの範囲に位置する。
• CDFによる$\Xi_b^-$ の測定値（$5793 \pm 2.4$ MeV）は中央予測と整合的であり、D0の結果（$5774 \pm 11$ MeV）も予測範囲内に収まる。
• 励起状態$\Xi_b'$ および $\Xi_b^{*}$ のスピン平均質量は、$\Xi_b$ 基底状態より約150–160 MeV高いと予測される。
• $\Xi_b'$ と $\Xi_b^{*}$ 間のハイパーファイン分裂は20–30 MeVの範囲に予測される。
• クォーク間ポテンシャルの詳細および$\Xi_b$–$\Xi_b'$ の混合による補正は無視できる（0.04 MeV未満）。
• $B_s$ および $D_s$ メソン質量に基づく予測（$m_b - m_c = 3324.6 \pm 1.4$ MeV）が、クーロンポテンシャルに基づく推定よりも支持され、CDFデータによって除外された。