[論文レビュー] Reactions gamma gamma -> pi pi and gamma gamma -> K \bar K: the (IJ^{PC}=00^{++})-wave spectra at E_{gamma gamma}^{(c.m.)} = 300- 1900 MeV

A. V. Anisovich, V.V. Anisovich|arXiv (Cornell University)|Jun 22, 1999

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 9被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、$00^{++}$-波二中間子スペクトルを、$\gamma\gamma \to \pi\pi$ および $\gamma\gamma \to K\bar{K}$ プロセスにおいて、$00^{++}$ 振幅の $K$-行列解析と、$f_0(q\bar{q}) \to \gamma\gamma$ 衰え振幅を計算するための新開発手法を用いて計算している。主な発見は、$f_0(980)$ および $f_0(1500)$ が $\pi^+\pi^-$ および $\pi^0\pi^0$ スペクトルにおいて谷として現れることであり、これは $\gamma\gamma$ 遷移におけるスカラー同位スカラー性を示唆している。

ABSTRACT

We calculate the $00^{++}$-wave two-meson spectra for the reactions $\gamma\gamma o\pi^0\pi^0$, $\gamma\gamma o\pi^+\pi^-$, $\gamma\gamma o K^0\bar K^0$ and $\gamma\gamma o K^+ K^-$ on the basis of: (i) the results of the $K$-matrix analysis of the $00^{++}$ amplitudes for the reactions $\pi\pi o \pi\pi$, $K\bar K$, $\eta\eta$, $\eta\eta'$, $\pi\pi\pi\pi $, and (ii) recently developed method for calculation of the decay amplitudes $f_0(1^3P_0q\bar q) o \gamma\gamma$, $f_0(2^3P_0q\bar q) o \gamma\gamma$. The reconstructed $\pi\pi $ and $K\bar K$ spectra can be used as a guide for the extraction of partial widths of scalar/isoscalar resonances $f_0(980) o \gamma\gamma$, $f_0(1300) o \gamma\gamma$, $f_0(1500) o \gamma\gamma$, $f_0(1750) o \gamma\gamma$. As follows from our calculations, the resonances $f_0(980)$ and $f_0(1500)$ in the $\pi^+\pi^-$ and $\pi^0\pi^0$ spectra reveal themselves as dips.

研究の動機と目的

• $\gamma\gamma \to \pi^+\pi^-$、$\gamma\gamma \to \pi^0\pi^0$、$\gamma\gamma \to K^0\bar{K}^0$、および $\gamma\gamma \to K^+K^-$ プロセスにおける $00^{++}$-波二中間子スペクトルを特定すること。
• $\gamma\gamma$ 衰えにおけるスカラー同位スカラー共鳴状態 $f_0(980)$、$f_0(1300)$、$f_0(1500)$、$f_0(1750)$ の部分幅を抽出するための理論的ガイドラインを提供すること。
• $f_0(980)$ および $f_0(1500)$ 共鳴状態が $\gamma\gamma$ 衰え行動を通じて $\pi\pi$ スペクトルにどのように現れるかを調査すること。

提案手法

• $\pi\pi$、$K\bar{K}$、$\eta\eta$、$\eta\eta'$、および $\pi\pi\pi\pi$ 終状態からの $00^{++}$ 振幅の $K$-行列解析を用いて、$00^{++}$-波振幅をモデル化する。
• スカラー共鳴状態 $f_0(n^3P_0 q\bar{q}) \to \gamma\gamma$ の衰え振幅を計算するための最近開発された手法を適用する（$n=1,2$）。
• $K$-行列振幅と $f_0 \to \gamma\gamma$ 衰え振幅を組み合わせることで、$\gamma\gamma \to \pi\pi$ および $\gamma\gamma \to K\bar{K}$ スペクトルを構築する。
• $\pi\pi$、$K\bar{K}$、および他の中間子散乱データと整合性を持つように、ユニタリかつカップルドチャンネル解析を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $300-1900$ MeV の中心系エネルギー範囲において、$\gamma\gamma \to \pi^+\pi^-$ および $\gamma\gamma \to \pi^0\pi^0$ スペクトルは $f_0(980)$ および $f_0(1500)$ 共鳴状態をどのように表現するか？
• RQ2 $K$-行列形式主義は、$\pi\pi$ および $K\bar{K}$ 終状態の $00^{++}$-波ダイナミクスを記述する上で果たす役割は何か？
• RQ3 なぜ $f_0(980)$ および $f_0(1500)$ が $\pi\pi$ スペクトルでピークではなく谷として現れるのか？
• RQ4 $f_0 \to \gamma\gamma$ 衰え振幅は、再構成された $\gamma\gamma \to \pi\pi$ および $\gamma\gamma \to K\bar{K}$ スペクトルにどのように影響を与えるか？

主な発見

• $K$-行列と $f_0 \to \gamma\gamma$ 衰え振幅から再構成された $\pi^+\pi^-$ および $\pi^0\pi^0$ スペクトルには、$f_0(980)$ および $f_0(1500)$ の質量付近に明確な谷が現れる。
• $f_0(980)$ 共鳴状態は $\pi^+\pi^-$ および $\pi^0\pi^0$ スペクトルの両方で谷として観測され、$\gamma\gamma$ 衰え幅の抑制を示唆している。
• $f_0(1500)$ 共鳴状態も $\pi^+\pi^-$ および $\pi^0\pi^0$ スペクトルで谷として現れ、これも光子への結合の類似した抑制を示唆している。
• 再構成された $K\bar{K}$ スペクトルは、$f_0(1300)$ および $f_0(1750)$ の $\gamma\gamma$ 衰えにおける部分幅を抽出するためのガイドを提供する。
• 結果から、$f_0(980)$ および $f_0(1500)$ は $\gamma\gamma \to \pi\pi$ において顕著なピークではなく、干渉または抑制された結合のため谷として現れることが示唆される。