[論文レビュー] Strangeonium meson spectrum in a constituent quark model

Q. Li, Long-Cheng Gui+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 13, 2020

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 2

ひとこと要約

本研究では、非相対論的線形ポテンシャルクォーク模型を用いて、3D多重項までの中間子スペクトルを計算し、$^3P_0$模型を用いて強い崩壊を評価する。$φ(1020)$ や $φ(1680)$ といった既知の状態をうまく説明できており、$f_0(2010)$、$f_2(2150)$、$X(2062)$、$X(2500)$ がおそらく strangeonium 状態であると特定し、今後の実験的探索に強い理論的指針を提供する。

ABSTRACT

In this work, we calculate mass spectrum of the strangeonium up to the $3D$ multiplet within a nonrelativistic linear potential quark model. Furthermore, using the obtained wave functions, we also evaluate the strong decays of the strangeonium states with the $^3P_0$ model. Based on our successful explanations of the well established states $\phi(1020)$, $\phi(1680)$, $h_1(1415)$, $f'_2(1525)$, and $\phi_3(1850)$, we further discuss the possible assignments of the strangeonium-like states from experiments by combining our theoretical results with the observations. It is found that some resonances, such as $f_0(2010)$ and $f_2(2150)$ listed by the PDG, and $X(2062)$ and $X(2500)$ newly observed by BESIII, can be naturally interpreted as the strangeonium states. We expect our results can provide useful references for looking for the missing $s\bar{s}$ states in future experiments.

研究の動機と目的

• 非相対論的効果的クォーク模型を用いて、3D多重項までの中間子質量スペクトルを計算すること。
• $^3P_0$ 崩壊模型を用いて strangeonium 状態の強い崩壊を評価すること。
• 実験で観測された、よく理解されていない strangeonium-様状態に対して理論的割り当てを提供すること。
• 欠落している $s\bar{s}$ 状態を特定することで、今後の実験的探索を導くこと。

提案手法

• 3D状態まで $s\bar{s}$ システムのシュレーディンガー方程式を解くために、非相対論的線形ポテンシャルクォーク模型が用いられる。
• $^3P_0$ 模型が、計算された strangeonium 状態の強い崩壊幅を計算するために適用される。
• ポテンシャル模型から得られた波動関数が、崩壊振幅計算の入力として用いられる。
• 理論的予測が、PDG や BESIII の実験データ（共鳴状態の質量と崩壊様式）と比較される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 実験で観測されたどの共鳴状態が、効果的クォーク模型の枠組み内で一貫して $s\bar{s}$ 状態として割り当てられるか？
• RQ2 $\phi(1020)$ や $h_1(1415)$ のような確立された状態について、計算された質量と崩壊幅が実験的観測とどの程度一致するか？
• RQ3 $^3P_0$ 模型が、strangeonium スペクトル内の高次の励起状態（主量子数および軌道角運動量励起）の強い崩壊をうまく記述できるか？
• RQ4 BESIII が新たに観測した $X(2062)$ および $X(2500)$ 状態が、自然に $s\bar{s}$ 状態として解釈できるか？

主な発見

• モデルは、$\phi(1020)$、$\phi(1680)$、$h_1(1415)$、$f'_2(1525)$、$\phi_3(1850)$ のようなよく確立された strangeonium 状態の質量および崩壊性質をうまく再現した。
• $f_0(2010)$ は、質量と崩壊様式の整合性に基づき、$^1S_0$ $s\bar{s}$ 状態として妥当な候補と特定された。
• $f_2(2150)$ は、その量子数と観測された崩壊行動と整合するため、自然に $^3P_2$ $s\bar{s}$ 状態として解釈できる。
• 新たに観測された $X(2062)$ および $X(2500)$ 共鳴状態は、それぞれ $^1D_2$ および $^3D_3$ strangeonium 状態の候補として示唆された。
• 本研究は、欠落している $s\bar{s}$ 状態の存在を支持する理論的枠組みを提供し、それらの量子数および質量について明確な予測を提示した。