[論文レビュー] Strange hidden-charm tetraquarks in constituent quark models

Xin Jin, Xuejie Liu+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 23, 2020

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 6

ひとこと要約

本研究は、バリオン数が奇数の隠れ charm 系の四クォーク状態 $cs\bar{c}\bar{u}$ を、チャイral quark model (ChQM) および quark delocalization color screening model (QDCSM) を用いて検討し、二クォーク-反二クォークおよびメソン-メソンの構成を焦点にしている。境界状態は検出されず、分子的解釈は排除されるが、$Z_{cs}(3985)^{-}$ の質量付近に $IJ^P = \frac{1}{2}0^+$ や $\frac{1}{2}1^+$ のコンパクトな共鳴状態が存在する可能性が示唆され、これは $Z_{cs}(3985)^{-}$ がコンパクトな四クォーク共鳴状態である可能性を示している。

ABSTRACT

Inspired by the newly reported $Z_{cs}(3985)^{-}$ by the BESIII Collaboration, we systematically investigate the strange hidden-charm tetraquark systems $cs\bar{c}\bar{u}$ with two structures: meson-meson and diquark-antidiquark. Two quark models: the chiral quark model (ChQM) and the quark delocalization color screening model (QDCSM) are used here. Similar results are obtained in both two quark models. There is no any bound state in either ChQM or QDCSM, which excludes the molecular state explanation ($D_{s}D^{*}/D_{s}^{*}D/D_{s}^{*}D^{*}$) of the reported $Z_{cs}(3985)^{-}$. However, the effective potentials for the diquark-antidiquark $cs\bar{c}\bar{u}$ systems shows the possibility of some resonance states with mass range of $3916.5\sim 3964.6$ MeV for $IJ^{P}=\frac{1}{2} 0^{+}$, $4008.8\sim 4091.2$ MeV for $IJ^{P}=\frac{1}{2} 1^{+}$, $4246.8\sim 4418.1$ MeV for $IJ^{P}=\frac{1}{2} 2^{+}$. So the observed $Z_{cs}(3985)^{-}$ state is possible to be explained as a compact resonance state composed of $cs\bar{c}\bar{u}$ with $IJ^{P}=\frac{1}{2} 0^{+}$ or $IJ^{P}=\frac{1}{2} 1^{+}$. The study of the scattering process of corresponding open channels is under way to check this conclusion.

研究の動機と目的

• 奇妙な隠れ charm 四クォーク系 $cs\bar{c}\bar{u}$ における境界状態または共鳴状態の存在を調査すること。
• 2 つのクォークモデル（チャイナルクォークモデル (ChQM) およびクォーク拡散色スクリーニングモデル (QDCSM)) が、これらの系に対して予測する内容を比較すること。
• 新しく観測された $Z_{cs}(3985)^{-}$ 状態が、分子状態ではなくコンパクトな共鳴状態として説明可能かどうかを検証すること。
• 二クォーク-反二クォーク構造とメソン-メソン構造の両方が、このようなエキゾチック状態を形成する上で果たす役割を評価すること。
• チャネル結合および閉じ込め効果がエネルギー準位および共鳴状態形成に与える影響を評価すること。

提案手法

• 一粒子のグルーオン交換、ゴールドストーン粒子の交換、およびチャイナル $\sigma$-メソンの交換を含む、チャイナルクォークモデル (ChQM) を用いて相互作用を記述すること。
• クォーク拡散色スクリーニングモデル (QDCSM) を用いて、多クォーク系における色スクリーニングおよびクォークの拡散効果を考慮すること。
• 境界状態の探索のため、メソン-メソンおよび二クォーク-反二クォーク構造に対して動的境界状態計算を実施すること。
• 有効ポテンシャルの断続的計算を実施し、部分集合間の相互作用および共鳴状態形成の条件を特定すること。
• 二クォーク-反二クォーク構造においてチャネル結合効果を組み込み、エネルギー準位の予測を精緻化すること。
• 両モデルの結果を比較し、予測の整合性およびモデル依存性を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $Z_{cs}(3985)^{-}$ 状態は、$cs\bar{c}\bar{u}$ 系において $D_s^*D$ または $D_sD^*$ メソンの分子状態として説明可能か？
• RQ2 ChQM および QDCSM は、$cs\bar{c}\bar{u}$ 四クォーク系に境界状態を予測するか？
• RQ3 $cs\bar{c}\bar{u}$ 系における二クォークと反二クォークの部分集合間の相互作用の性質は何か？
• RQ4 量子数 $IJ^P = \frac{1}{2}0^+$、$\frac{1}{2}1^+$、$\frac{1}{2}2^+$ を持つコンパクトな共鳴状態は、二クォーク-反二クォーク構造に存在するか？
• RQ5 観測された $Z_{cs}(3985)^{-}$ の質量と幅は、これらのモデルにおけるコンパクトな四クォーク共鳴状態によって再現可能か？

主な発見

• ChQM および QDCSM の両方において、$cs\bar{c}\bar{u}$ 系に境界状態は見出されず、$Z_{cs}(3985)^{-}$ の分子状態解釈は排除される。
• 二クォーク-反二クォーク構造における有効ポテンシャルは、ChQM では 0.3–0.4 fm、QDCSM では 0.6–0.7 fm に最小値を示し、コンパクトな部分構造の形成を示唆する。
• ChQM における $IJ^P = \frac{1}{2}0^+$ の最低共鳴エネルギーは 3964.6 MeV、QDCSM では 3916.5 MeV であり、両者とも $Z_{cs}(3985)^{-}$ の観測質量範囲内にある。
• $IJ^P = \frac{1}{2}1^+$ の場合、QDCSM と ChQM で共に 4008.8–4091.2 MeV の共鳴エネルギー範囲が得られ、$Z_{cs}(3985)^{-}$ の質量と整合的である。
• $IJ^P = \frac{1}{2}2^+$ の共鳴エネルギーは、QDCSM で 4246.8–4418.1 MeV、ChQM で 4251.7–4486.5 MeV と予測され、観測された状態より高いエネルギーに位置する。
• 本研究は、$Z_{cs}(3985)^{-}$ が $IJ^P = \frac{1}{2}0^+$ または $\frac{1}{2}1^+$ を持つコンパクトな共鳴状態である可能性が最も高く、分子状態ではないと結論づけている。