[論文レビュー] Sequential single pion production explaining the dibaryon "$d^*(2380)$" peak

R. Molina, Natsumi Ikeno+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 10, 2021

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 1被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、np→π⁺π⁻d反応における2380 MeVの狭いピークが、もともとd*(2380)と解釈されていたものについて、二段階の逐次的パイオン生成メカニズムによるものであると提案する。すなわち、np→π⁻pp およびその後の pp→π⁺d である。第二段階は三角特異性によって駆動されており、共鳴状態を仮定することなく、ピークの位置、幅、強度を再現する。

ABSTRACT

We study the two step sequential one pion production mechanism, $np(I=0) o π^-pp$, followed by the fusion reaction $pp o π^+d$, in order to describe the $np o π^+π^-d$ reaction with $π^+π^-$ in $I=0$, where a narrow peak, so far identified with a "$d(2380)$" dibaryon, has been observed. We find that the second step $pp o π^+d$ is driven by a triangle singularity that determines the position of the peak of the reaction and the large strength of the cross section. The combined cross section of these two mechanisms produce a narrow peak with the position, width and strength compatible with the experimental observation within the approximations done. This novel interpretation of the peak without invoking a dibaryon explains why the peak is not observed in other reactions where it has been searched for.

研究の動機と目的

• np→π⁺π⁻dにおける2380 MeVの狭いピークを、共鳴状態を仮定せずに説明すること。
• ピークが二段階の逐次的パイオン生成メカニズム、すなわち np→π⁻pp および pp→π⁺d によるものであるかどうかを調査すること。
• pp→π⁺d の過程における三角特異性が、大きな断面積強度とピーク位置を再現できるかどうかを特定すること。
• I=0とI=1のアイソスピンチャンネルにおける断面積強度の不一致を解消すること。I=1ではピークが存在しない。
• 真の共鳴状態が存在しないにもかかわらず、関連反応における極化観測量がd*(2380)領域に信号を示す理由を明確にすること。

提案手法

• np→π⁺π⁻d 反応を二段階過程としてモデル化する。最初の段階は np(I=0)→π⁻pp、第二段階は pp→π⁺d で、初期状態のアイソスピンは I=0 とする。
• pp→π⁺d の過程における三角特異性メカニズムを用いてピーク構造を説明する。これはΔ、p、pのオンシェル共線形運動学に基づく。
• Bayarら（2016）の形式的論法を用いて三角特異性の位置を計算し、M_inv(pp)≈2179 MeV のピークを予測する。
• 断面積を二段階振幅の積に因子分解し、第二段階が三角特異性によって支配されることを仮定する。
• Coleman-Norton定理を用いて、三角特異性が不変質量分布における鋭いピークを生成する役割を正当化する。
• 干渉効果を考慮する。I=0チャンネルでは振幅が強め合い、I=1チャンネルでは弱め合い、断面積比が説明できる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 np→π⁺π⁻dにおけるd*(2380)ピークは、新たな二ボリオン共鳴状態を仮定せずに説明可能か？
• RQ2 np→π⁺π⁻d 反応におけるピーク構造は、中間的なpp状態を伴う二段階の逐次的パイオン生成メカニズムによるものか？
• RQ3 pp→π⁺d の過程に、ピークの位置と幅を説明する三角特異性が存在するか？
• RQ4 I=1アイソスピンチャンネルでは類似した運動学的条件があるにもかかわらず、なぜピークが存在しないのか？
• RQ5 真の共鳴状態が存在しないにもかかわらず、関連反忺における極化観測量がd*(2380)領域に信号を示すのはなぜか？

主な発見

• np→π⁻pp および pp→π⁺d の二段階メカニズムは、π⁺π⁻不変質量において2380 MeVに狭いピークを再現し、実験データと一致する。
• 2380 MeVのピーク位置は、pp→π⁺d の過程における三角特異性に起因し、予測されるピーク位置は M_inv(pp)≈2179 MeV である。
• 三角特異性による断面積強度の増幅が、共鳴状態を仮定しなくても大きな実験的断面積を説明する。
• I=1チャンネルにおける破壊的干渉が、I=0に比べてピークが約10倍弱い理由を説明する。これは直感的予想とは逆である。
• np→γd における極化観測量が、d*(2380)領域に信号を示すのは、中間状態からの小さな振幅寄与があるためであり、真の共鳴状態がなくても成立する。
• このメカニズムは、ピークが他の反応で観測されない理由を説明する。これは運動学的に制限され、アイソスピン依存的な二段階過程であり、普遍的な共鳴状態ではない。