[論文レビュー] Regge Behaviors in Low-lying Singly Charmed and Bottom Baryons

Duojie Jia, Wen-Nian Liu+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 11, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 2

ひとこと要約

この論文は、重いクォーク-ダイクォーク図式において、低励起状態の単一charmおよびbottomバリオンに対して線形Regge軌道モデルを適用し、回転するストリングに由来するRegge関係がそれらの質量スペクトルを正確に記述できることを示している。このモデルは、確認されていないcharmバリオンΣ_c(2800)およびΞ_c'(2930)に対してJ^P = 3/2^-の量子数を予測し、新たに観測されたΣ_b(6097)^±およびΞ_b'(6227)^-が同じ量子数を持つ1P波励起状態であると特定している。

ABSTRACT

Recently, the LHCb Collaboration observed two new bottom baryons, the $\Xi_{b}(6227)^{-}$ and the $\Sigma_{b}(6097)^{\pm}$, which arouses considerable interest in their inner structures. Stimulated by this, we re-examine the low-lying spectrum of the singly heavy baryons in the heavy quark-diquark picture. Our computation indicates that a linear Regge relation, which is derived from the rotating string model, is sufficient to describe the mass spectrum of all observed singly heavy baryons, predicting that the quantum numbers of the charmed baryons $\Sigma _{c}(2800)$ and the charm-strange baryon $\Xi _{c}^{\prime }(2930)$, which remain unknown experimentally, are preferably $J^{P}=3/2^{-}$. Similar calculations for the bottom partners support that the newly observed baryons $\Sigma_{b}(6097)^{-}$ and $\Xi_{b}^{^{\prime }}(6227)^{-}$ are the $1P$-wave excitations of the baryons $\Sigma _{b}$ and $\Xi _{b}^{\prime }$ with $J^{P}=3/2^{-}$.

研究の動機と目的

• 最近のLHCbによるΞ_b(6227)^-およびΣ_b(6097)^±の発見に続く、低励起状態の単一charmおよびbottomバリオンの内部構造を理解すること。
• 回転するストリングモデルから導かれた線形Regge軌道が、単一重いバリオンの観測された質量スペクトルを記述できるかどうかを検証すること。
• 確認されていないcharmバリオンΣ_c(2800)およびΞ_c'(2930)の量子数J^Pを予測すること。
• Regge軌道フィットに基づいて、新たに観測されたΣ_b(6097)^±およびΞ_b'(6227)^-バリオンが1P波励起状態であるかどうかを特定すること。

提案手法

• 単一重いバリオンを重いクォークとダイクォークコアによって束縛された系としてモデル化する重いクォーク-ダイクォーク図式を採用すること。
• 回転するストリングモデルから導かれた線形Regge関係を用いて、観測済みおよび予測された質量スペクトルにフィットすること。
• Regge軌道を用いて、質量スペクトル内での位置に基づき未観測状態の量子数を外挿すること。
• Σ_b(6097)^±およびΞ_b'(6227)^-の観測質量を、基底状態バリオンの1P波励起パターンと一致させること。
• charmおよびbottomバリオンの両方のスペクトルにおけるReggeフィット結果を比較し、両スペクトルにわたる一貫性のある量子数を推定すること。
• LHCb共同研究から得られた実験データとReggeモデルの整合性を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 回転するストリングモデルから導かれた線形Regge軌道が、低励起状態の単一charmおよびbottomバリオンの質量スペクトルを正確に記述できるか？
• RQ2 Regge軌道解析に基づき、確認されていないcharmバリオンΣ_c(2800)およびΞ_c'(2930)の予測される量子数J^Pは何か？
• RQ3 新たに観測されたΣ_b(6097)^±およびΞ_b'(6227)^-バリオンは、対応する基底状態バリオンの1P波励起状態として整合的か？
• RQ4 Reggeモデルは、charmおよびbottomバリオン両方の領域において、1P波励起状態に対して普遍的なJ^P = 3/2^-の割り当てを予測するか？
• RQ5 回転するストリングに基づくRegge関係は、単一重いバリオンスペクトル全体において観測された質量パターンをどれほど正確に再現できるか？

主な発見

• 線形Regge軌道モデルは、重いクォーク-ダイクォーク図式において、すべての観測済み単一charmおよびbottomバリオンの質量スペクトルをうまく記述できた。
• このモデルは、確認されていないcharmバリオンΣ_c(2800)およびΞ_c'(2930)がJ^P = 3/2^-の量子数を持つと予測している。
• 新たに観測されたΣ_b(6097)^±およびΞ_b'(6227)^-バリオンは、それぞれΣ_bおよびΞ_b'の基底状態の1P波励起状態として特定された。
• これらの状態の質量位置が、J^P = 3/2^-状態のRegge軌道予測と一致していることから、1P波性が裏付けられている。
• charmおよびbottomバリオン両方のスペクトルにおけるReggeフィットの整合性から、単一重いバリオンの励起状態に普遍的な振る舞いがあることが示唆された。
• 結果は、回転するストリングモデルが、重いバリオンにおける量子数および励起パターンの予測に堅牢なフレームワークを提供することを示している。