[論文レビュー] Quark Models of Baryon Masses and Decays

Simon Capstick, Roberts, W.|ArXiv.org|Aug 15, 2000

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 5

ひとこと要約

この論文はバリオン質量および崩壊のクォーク模型についてレビューし、クォークポテンシャル模型がバリオンスペクトル、電磁および強い結合、そして非摂動的QCD理解を導く役割を果たす能力に焦点を当てる。1グルーオン交換模型とゴールドスーンボソン交換および集団励起に基づく動的アプローチを対比し、未発見のバリオンやハイブリッドバリオンといった、依然として解決されていない課題を強調する。

ABSTRACT

The application of quark models to the spectra and strong and electromagnetic couplings of baryons is reviewed. This review focuses on calculations which attempt a global description of the masses and decay properties of baryons, although recent developments in applying large N_c QCD and lattice QCD to the baryon spectrum are described. After outlining the conventional one-gluon-exchange picture, models which consider extensions to this approach are contrasted with dynamical quark models based on Goldstone-boson exchange and an algebraic collective-excitation approach. The spectra and electromagnetic and strong couplings that result from these models are compared with the quantities extracted from the data and each other, and the impact of various model assumptions on these properties is emphasized. Prospects for the resolution of the important issues raised by these comparisons are discussed.

研究の動機と目的

• バリオンスペクトルおよび崩壊性質を記述するクォーク模型について包括的なレビューを提供すること。
• QCDおよび格子計算の観点から、クォークポテンシャル模型の限界と成功を検討すること。
• 未解決の問題、例えば未発見のバリオンや励起したグルーオンを有するハイブリッドバリオンの同定について扱うこと。
• さまざまなクォーク模型の予測を実験データおよび互いに比較すること。
• 非摂動的QCDおよびバリオン分光学の今後の研究を導くうえで、クォーク模型が果たす役割を評価すること。

提案手法

• 調和振動子波動関数とSU(6)対称性を用いて、クォークポテンシャル模型を構築し、バリオン状態を生成する。
• 1グルーオン交換相互作用を適用して、バリオンスペクトルにおけるスピン軌道およびテンソル分裂を生成する。
• 非ストレンジバリオンのN=2オシレーター準位において、空間的・スピン的・フレーバー的成分を用いて完全に対称化された波動関数を構築する。
• L^P = 1^+ 状態には $\psi^{S}_{11}$, $\psi^{M^\lambda}_{11}$, $\psi^{M^\rho}_{11}$ などの基底状態を用い、2^+ 状態に対しても同様の形をとる。
• $\phi^\rho$, $\phi^\lambda$, $\psi^{S'}$, $\psi^{M^\lambda}$ などの結合チャネル波動関数を用いて、[56,0^+], [70,0^+], [56,2^+], [70,2^+], [20,1^+] などの多重項を構築する。
• Clebsch-Gordan結合および対称性制約（等質量クォークの交換に対する反対称性など）を用いて物理的状態を構築する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クォークポテンシャル模型は、実験データと比較してバリオンの質量および崩壊性質をどの程度うまく記述できるか？
• RQ2 クォーク模型が実験で観測されていない「未発見の」バリオンを予測するという点での意味は何か？
• RQ3 励起したグルーオンを有するハイブリッドバリオンは、それらの量子数および崩壊性質に基づいて、通常の三クォーク状態と区別できるか？
• RQ4 ゴールドスーンボソン交換や集団励起に基づく代替模型は、1グルーオン交換像と比較して、バリオンスペクトルを予測するうえでどの程度優れているか？
• RQ5 完全な格子QCD計算が得られない状況下で、クォーク模型が非摂動的QCD力学を信頼できる指針として果たせる程度はどの程度か？

主な発見

• クォークポテンシャル模型は、バリオンのスペクトルおよび電磁および強い結合を、妥当な精度で記述できることを示している。
• 1グルーオン交換模型はスピン軌道分裂やテンソル力といった主要な特徴を再現できるが、全スペクトルおよび崩壊パターンを完全に説明することはできない。
• 模型はまだ観測されていない多数の「未発見の」バリオンを予測しており、これは主な崩壊チャネルへの結合が弱いか、あるいはバリオン内部構造の再考が必要である可能性を示唆している。
• QCDによって予測される励起グルーオンを有するハイブリッドバリオンは、選択則の欠如および禁じられた崩壊チャネルの不在のため、同定が困難である。
• 模型の予測は、重クォーク有効理論と整合しており、格子QCDの台頭にもかかわらず、依然としてその関連性が保たれていることを示している。
• 波動関数 $|N^{2}S_{S'}{1\brace 2}^+\rangle$ と $|\nabla^{4}S_{S'}{3\brace 2}^+\rangle$ の比較から、対称性制約およびオシレーター状態が物理的バリオン状態を構築するうえで不可欠であることが明らかになった。