[論文レビュー] Resolving the SELEX--LHCb Double-Charm Baryon Conflict: The Impact of Intrinsic Heavy-Quark Hadroproduction and Supersymmetric Light-Front Holographic QCD

Stanley J. Brodsky, Groote, S.+1 more|OSTI OAI (U.S. Department of Energy Office of Scientific and Technical Information)|Sep 28, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、陽子波動関数内の真性重クォークフォック状態が大 $x_F$ でのハドロプロダクションを可能にすることにより、SELEXとLHCbの二重charmバリオン測定値の顕在的な矛盾を解消する。これにより、SELEXの $3520\,\text{MeV}/c^2$ 状態とLHCbのより重い $3621.4\,\text{MeV}/c^2$ 状態が、それぞれ異なる二クォーク構造として説明可能となる。超対称的ライトフロントホログラフィックQCDは、この分光構造を支持し、質量差はスピン依存性のある二クォーク構造に起因するとされる。

ABSTRACT

In this paper we show that the intrinsic heavy-quark QCD mechanism for the hadroproduction of heavy hadrons at large $x_F$ can resolve the apparent conflict between measurements of double-charm baryons by the SELEX fixed-target experiment and the LHCb experiment at the LHC collider. We show that both experiments are compatible, and that both results can be correct. The observed spectroscopy of double-charm hadrons is in agreement with the predictions of supersymmetric light front holographic QCD.

研究の動機と目的

• SELEXが高 $x_F$ で観測した $3520\,\text{MeV}/c^2$ の二重charmバリオンと、LHCbが低 $x_F$ で検出した $3621.4\,\text{MeV}/c^2$ 状態の間の不一致を解消する。
• 陽子波動関数内の真性重クォークフォック状態 $|uudc\bar{c}\rangle$ および $|uudc\bar{c}c\bar{c}\rangle$ が、等しい急速度で $|qcc\rangle$ 状態への凝集を可能にすることを示す。
• 二重charmバリオンの観測された分光構造が、超対称的ライトフロントホログラフィックQCDの予測と整合することを示す。
• SELEXとLHCbの $x_F$ 依存性のある検出感度が、両実験が正しくても異なる状態を検出する理由を説明する。
• 放射遷移が小さい径方向波動関数重なりにより抑制されるため、$3621\to3520\,\text{MeV}/c^2$ 状態間の放射遷移は強く抑制され、検証可能な予測が得られる。

提案手法

• 超対称的代数を用いたライトフロントホログラフィックQCDを適用し、多重重クォークバリオンの分光構造をモデル化する。
• オペレータ積分展開を用いて、真性重クォークフォック状態の確率が $1/m_Q^2$ のスケーリングを示すと推定する。
• 等しい急速度における、真性 $|uudc\bar{c}\rangle$ および $|uudc\bar{c}c\bar{c}\rangle$ フォック状態内の共存クォークの凝集によるハドロプロダクションをモデル化する。
• SELEXの $x_F > 0.1$ のデータとLHCbの $x_F \approx 0.15$ および $0.09$ の範囲を比較し、運動量的排他性を説明する。
• 二重-$J/\psi$ 生産に関するNA3のデータを、二重真性charmの生成率のベンチマークとして分析する。
• 径方向波動関数重なりが小さいことによる、$|qcc\rangle$ 状態間の放射遷移の抑制を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SELEXとLHCbの二重charmバリオン測定値の顕在的矛盾は、真性重クォークフォック状態によって解消可能か？
• RQ2 なぜSELEXは高 $x_F$ で $3520\,\text{MeV}/c^2$ 状態を観測するのに対し、LHCbは低 $x_F$ で $3621.4\,\text{MeV}/c^2$ 状態を検出するのか？
• RQ3 真性重クォークメカニズムは、高 $x_F$ での $qcc$ 状態の凝集をどのように説明するか？
• RQ4 観測された二重charmバリオンの分光構造は、超対称的ライトフロントホログラフィックQCDの予測と整合するか？
• RQ5 なぜ $3621\to3520\,\text{MeV}/c^2$ 状態間の放射遷移が強く抑制されるのか？

主な発見

• SELEXが $\Xi_{cc}^{+}\to\Lambda_{c}^{+}K^{-}\pi^{+}$ に対して観測した $15.9 \pm \sqrt{6.1}$ 個の信号イベントは、高 $x_F$ での真性重クォークハドロプロダクションと整合的である。
• LHCbが $3621.40 \pm 0.72\,\text{MeV}/c^2$ で $\Xi_{cc}^{++}\to\Lambda_{c}^{+}K^{-}\pi^{+}\pi^{+}$ に対して観測した $313 \pm 33$ イベントは、低 $x_F$ でのグルーオン融合によるものであり、真性charmとは無関係である。
• SELEXとLHCbの状態間の $103\,\text{MeV}/c^2$ の質量差は、異なる二クォークスピン構造に起因する： $|[dc]c\rangle_{1/2^+}$ と $|u(cc)\rangle$。
• 二重charmバリオンの生成率は、二重ハドロン生成率と相関しており、両者とも同じ二重真性charmフォック状態に起因する。
• 径方向波動関数重なりが最小であるため、二状態間の放射遷移は強く抑制され、検出が困難である。
• LHCbの $x_F$ 感度が限られている（$\approx 0.09-0.15$）ため、$3520\,\text{MeV}/c^2$ 状態は検出されず、SELEXの $x_F > 0.1$ の範囲がこれを捉えている。