[論文レビュー] Quark Model Study of The eta Photoproduction: Evidence for a New S11 Resonance?

B. Saghaï, Z. Li|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|Apr 28, 2001

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 1被引用数 43

ひとこと要約

本研究は、ラボ系エネルギー1.2 GeVまでの最近の$γp\to\eta p$光生成データを、ねじれ対称性を有する構成クォーク模型を用いて分析し、第2励起領域に第3の$S_{11}$共鳴状態が強く示唆されることを明らかにした。モデルは、質量1.729 GeV、全幅183 MeVの新しい共鳴状態を同定し、この状態はExotic分子状態の予測と整合的であると判明した。また、クォーク模型の期待値と一致する配置混合角を確認した。

ABSTRACT

An extensive and systematic study of the recent eta photoproduction data up to 1.2 GeV is presented within a chiral constituent quark model. A model embodying all known nucleonic resonances shows clear need for a yet undiscovered third S11 resonance in the second resonance region, for which we determine the mass (1.729 GeV) and the total width (183 MeV). Furthermore, we extract the configuration mixing angles, an important property of the quark-quark interaction in the quark model, for the resonances S11(1535) and S11(1650), as well as for the resonances D13(1520) and D13(1700). Our results agree well with the quark model predictions. In addition, the partial eta N decay widths and/or the photo-excitation helicity amplitudes for the nucleonic resonances S11(1535), S11(1650), P11(1710), P13(1720), D13(1520), D13(1700), D15(1675), and F15(1680) are also obtained in this approach.

研究の動機と目的

• GRAAL実験による最新の高エネルギー$\eta$光生成データをクォーク模型の枠組みで解釈すること。
• 既知の$S_{11}(1535)$および$S_{11}(1650)$状態を超えて、特に$S_{11}$チャネルにおける未発見のバリオン共鳴状態の存在と性質を特定すること。
• $S_{11}$および$D_{13}$共鳴状態の配置混合角を抽出し、クォーク模型の予測と比較すること。
• 複数の核子共鳴状態の部分$\eta N$崩壊幅および光励起ヘリシティ振幅を計算すること。
• 対称性の破れおよびtチャネル寄与が、特に前方ピークおよび1.0 GeV以上のエネルギーで見られる断面積の上昇を再現する役割を評価すること。

提案手法

• $SU(6)\otimes O(3)$対称性に基づくねじれ構成クォーク模型が用いられ、クォーク-グルーオン相互作用を反映するための対称性破れ係数$C_{N^*}$が導入された。
• モデルは$F_{15}(2000)$までの既知の核子共鳴状態をすべて含み、それ以上の共鳴状態は$G_{17}(2190)$までデゲネレートとみなした。
• 共鳴状態の崩壊を記述するために$^3P_0$クォーク対生成メカニズムが使用され、結合定数はデータフィッティングにより導出された。
• 双対性仮説が適用され、新しい共鳴状態の隠蔽を避けるために、明示的な$\rho$および$\omega$ tチャネル交換は除外された。
• ヘリシティ振幅および部分波振幅を用いて光生成振幅を計算し、微分断面積および全断面積データへのフィッティングが行われた。
• ターゲットの不偏性などの偏光観測量が、共鳴状態の性質を制約し、モデルの妥当性を検証するために用いられた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1.0 GeVラボエネルギー以上の$\gamma p\to\eta p$データは、既知の$S_{11}(1535)$および$S_{11}(1650)$状態に加え、第3の$S_{11}$共鳴状態の存在を要請するか？
• RQ2 可能である新しい$S_{11}$共鳴状態の質量と幅は何か？ また、理論的予測とどのように比較されるか？
• RQ3 $S_{11}$および$D_{13}$共鳴状態の抽出された配置混合角は、1グルーオン交換に基づくクォーク模型の予測とどの程度一致するか？
• RQ4 モデルが予測する$\eta N$部分幅およびヘリシティ振幅は、実験データとどの程度一致するか？
• RQ5 第2励起領域における観測された前方ピークおよび断面積の上昇は、新しい共鳴状態を導入しないでも説明可能か？

主な発見

• モデルは、GRAALデータを再現するため、第2励起領域に質量1.729 GeV、全幅183 MeVの新しい$S_{11}$共鳴状態の存在を要請する。
• 抽出された共鳴状態の質量と幅は、Ref. zr96の予測と非常に良好に一致しており、$\Sigma K$や$\Lambda K$のようなExotic分子構造の可能性を示唆している。
• $S_{11}(1535)$、$S_{11}(1650)$、$D_{13}(1520)$、$D_{13}(1700)$の配置混合角が決定され、Isgur-Karlクォーク模型の予測と良好に一致した。
• モデルは微分断面積の前方ピーク行動を良好に再現できており、第3の$S_{11}$共鳴状態を含まないモデルでは捉えられない。
• 全断面積の予測および偏光ターゲット不偏性は、実験データと良好に一致しており、新しい共鳴状態仮説の妥当性を支持する。
• $P_{13}(1900)$および$F_{15}(2000)$のような高スピン共鳴状態の寄与はわずかであり、1.0 GeV以上の領域で支配的となるのは新しい$S_{11}$共鳴状態であると判明した。