[論文レビュー] QCD sum rule calculation for P-wave bottom baryons

Qiang Mao, Hua-Xing Chen+4 more|arXiv (Cornell University)|Oct 18, 2015

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 60被引用数 10

ひとこと要約

本研究は、重味クォーク効果理論の枠組みにおいてQCD和則を用いてP波バリオンの性質を調査し、ボトムクォークの質量を用いてそれらの質量と構造を計算した。観測されたΛb(5912)⁰およびΛb(5920)⁰状態は、スピン宇称量子数がJ^P = 1/2^-および3/2^-であるSU(3) $¯{3}_F$多重粒子に良く一致しており、そのフレーバー同伴粒子Ξb(1/2⁻)およびΞb(3/2⁻)の質量はそれぞれ6.06±0.13 GeVおよび6.07±0.13 GeVに予測され、質量差は9±4 MeVである。

ABSTRACT

We study the P-wave bottom baryons using the method of QCD sum rule and heavy quark effective theory. Our results suggest that Lambda_b(5912) and Lambda_b(5920) can be well described by the baryon doublet [3F_bar, 1, 1, rho], and they belong to the SU(3) 3F_bar multiplets of J(P)=1/2(-) and 3/2(-). Their SU(3) flavor partners, Xi_b(1/2-) and Xi_b(3/2-), have masses 6.06 \pm 0.13 GeV and 6.07 \pm 0.13 GeV, respectively, with mass splitting 9 \pm 4 MeV. The results obtained using baryon doublet [3F_bar, 1, 0, lambda] are similar and also consistent with the experimental data. We also study the SU(3) 6F multiplets by using the baryon multiplets [6F, 0, 1, lambda], [6_F, 1, 0, rho] and [6F, 2, 1, lambda], and our results suggest that the P-wave bottom baryons Sigma_b, Xi'_b and Omega_b have (averaged) masses about 6.0 GeV, 6.2 GeV and 6.4 GeV, respectively.

研究の動機と目的

• QCD和則と重味クォーク効果理論を用いて、P波ボトムバリオンの質量スペクトルとフレーバー構造を特定すること。
• 観測されたΛb(5912)⁰およびΛb(5920)⁰状態が属するSU(3)フレーバー多重粒子を同定すること。
• SU(3) $¯{3}_F$および$\mathbf{6}_F$多重粒子内での、未観測のボトムバリオン状態、特にΞbおよびΩb共鳴状態の質量を予測すること。
• バリオンダブルレットにおけるρおよびλモードの励起を比較し、実験データおよびクォーク模型の期待と整合するかを評価すること。
• 将来のLHCbおよびBelleIIでの実験的探査を支援するため、高次の径動的および軌道励起状態の質量と量子数を予測すること。

提案手法

• ボトムクォーク質量を用いて、P波 charm バリオンに既に適用された形式に従い、一次および$\mathcal{O}(1/m_Q)$の順にQCD和則を適用する。
• Chen:2007xfの分類に基づき、ボトムクォークに適応したP波ボトムバリオンの干渉電流を用いる。
• 重味クォーク効果理論（HQET）の枠組みを用いて、質量分裂およびクロモグネチック相互作用を抽出する。
• 相関関数を計算し、ボレル変換を施して物理的質量と極の残渣を抽出する。
• さまざまなバリオン多重粒子を分析する：$[\mathbf{\overline{3}}_F,1,1,\rho]$、$[\mathbf{\overline{3}}_F,1,0,\lambda]$、および$[\mathbf{6}_F,0,1,\lambda]$、$[\mathbf{6}_F,1,0,\rho]$、$[\mathbf{6}_F,2,1,\lambda]$を用いて、多様なSU(3)表現を探索する。
• ボレルパラメータの範囲と連続体しきい値を用いて、和則の結果の安定性と信頼性を保証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HQETフレームワークにおけるQCD和則法は、観測されたP波ボトムバリオンΛb(5912)⁰およびΛb(5920)⁰の質量をうまく記述できるか？
• RQ2 観測されたP波ボトムバリオンを最も良く記述するのは、SU(3)フレーバー多重粒子$¯{3}_F$か$¯{6}_F$のどちらか？
• RQ3 Λb状態の未観測フレーバー同伴粒子、特にΞb(1/2⁻)およびΞb(3/2⁻)の予測質量は何か？
• RQ4 励起のρモードとλモードのエネルギーはどのように比較され、実験データやクォーク模型の期待と一致するか？
• RQ5 $\mathbf{6}_F$多重粒子内のP波ボトムバリオン、例えばΣb、Ξ′b、Ωbの予測質量は何か？

主な発見

• 観測されたΛb(5912)⁰およびΛb(5920)⁰状態は、それぞれスピン宇称量子数が$J^P = 1/2^-$および$3/2^-$に対応するバリオンダブルレット$[\mathbf{\overline{3}}_F,1,1,\rho]$に良く一致している。
• SU(3)フレーバー同伴粒子Ξb(1/2⁻)およびΞb(3/2⁻)の質量は、それぞれ$6.06 \pm 0.13$ GeVおよび$6.07 \pm 0.13$ GeVに予測され、質量差は$9 \pm 4$ MeVである。
• $[\mathbf{\overline{3}}_F,1,0,\lambda]$ダブルレットを用いた結果も同様であり、実験データと整合的である。
• ρモードの励起はλモードよりもエネルギーが低く、クォーク模型の期待とは逆であったが、以前のcharm系の分析と一致している。
• $\mathbf{6}_F$多重粒子では、Σb、Ξ′b、Ωb状態の平均質量はそれぞれ約6.0 GeV、6.2 GeV、6.4 GeVに予測された。
• $[\mathbf{6}_F,2,1,\lambda]$多重粒子は、Ωb(3/2^-)およびΩb(5/2^-)を$6.43 \pm 0.13$ GeVに予測し、質量差は$9 \pm 4$ MeVであった。これは$\mathbf{\overline{3}}_F$の結果と整合的である。