[論文レビュー] Strong Coupling Constants of the Doubly Heavy Spin-1/2 Baryons with Light Pseudoscalar Mesons

S. Rostami, K. Azizi+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 28, 2020

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 64被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、光線QCD総和則を用いて、二重で重いスピン1/2バリオン（ΞQQ′, Ξ′QQ′, ΩQQ′, Ω′QQ′）と軽いベクトル・スカラーメソン（π, K, η, η′）の間の強い結合定数を計算している。従来の研究を拡張し、対称状態および励起状態の両方、およびすべての軽いベクトル・スカラーメソンを含めることで、LHCbが観測した二重charmバリオンのデータ解釈に向けた高精度な理論的入力を提供するとともに、実験的質量測定値の不一致を解消する。

ABSTRACT

The strong coupling constants of hadronic multiplets are fundamental parameters which carry information of the strong interactions among participating particles. These parameters can help us construct the hadron-hadron strong potential and gain information about the structure of the involved hadrons. Motivated by the recent observation of the doubly charmed $Ξ_{cc}$ state by LHCb, we determine the strong coupling constants among the doubly heavy spin-1/2 baryons, $ Ξ^{(\prime)}_{QQ^\prime }$, $ Ω^{(\prime)}_{QQ^\prime}$ and light pseudoscalar mesons, $ π$, $ K $, $η$ and $ η^\prime $ within the framework of the light cone QCD sum rules. The obtained results may help experimental groups in analysis of the related data at hadron colliders.

研究の動機と目的

• 二重で重いスピン1/2バリオンと軽いスカラーメソンの間の強い結合定数を特定し、ハドロン衝突実験における理論的入力の重要な空白を埋める。
• SELEXとLHCbによるΞccバリオン質量測定値の長年の不一致（約100 MeV/c²の差）を解消する。
• 従来の研究を拡張し、二重で重いバリオン（ΞQQ′, Ξ′QQ′, ΩQQ′, Ω′QQ′）の基底状態および励起状態、およびすべての軽いスカラーメソン（π, K, η, η′）を含める。
• 将来のがん衝突実験における探索およびデータ解析を支援する高精度な理論的予測を提供する。
• 光線QCD総和則法を、重いクォーク系に起因する非摂動的強い相互作用に適用し、ハドロン構造および崩壊ダイナミクスの理解を深める。

提案手法

• 光線QCD総和則（LCSR）フレームワークを用い、光線近傍（x² ≈ 0）における演算子積展開と、光線分布関数（DAs）でパrameter化された非摂動的行列要素を組み合わせる。
• 二重で重いバリオン、スカラーメソン、および第三粒子の現在の関与する三点関数を構築し、QCD総和則技法を用いて結合定数を抽出する。
• スカラーメソンのためのtwist-3およびtwist-4分布関数を採用し、μ = 1 GeV²で固定されたパラメータ（例：a₂^π = 0.44, η₃ = 0.015, η₄ = 10）を含むギーゲンバウアー多項式展開を用いる。
• ボレル変換と連続状態の減算を実行し、高次状態および連続状態の寄与を抑制し、基底状態の行列要素を分離する。
• 二つの運動量不変量における二重ボレル変換を用いて、結合定数のための総和則を導出し、ボレルパラメータの変動に対して安定性を確保する。
• QCD側と物理的ハドロン表現を等価にするための双対性の仮定を適用し、総和則を介して結合定数を抽出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 二重で重いスピン1/2バリオン（ΞQQ′, Ξ′QQ′, ΩQQ′, Ω′QQ′）と軽いスカラーメソン（π, K, η, η′）の間の強い結合定数は何か？
• RQ2 二重で重いバリオンの基底状態と励起状態との間で、結合定数はどのように異なるか？
• RQ3 結合定数の理論的予測は、SELEXとLHCbによるΞccバリオン質量測定値の不一致を解消するのに役立つだろうか？
• RQ4 光線分布関数は、重いバリオンと軽いメソンの間の強い相互作用を正確にモデル化するために果たす役割は何か？
• RQ5 ボレルパラメータおよび連続状態しきい値の変動に対して、結合定数の予測はどの程度安定しているか？

主な発見

• Ξccπ頂点の強い結合定数はgΞccπ = 12.5 ± 1.8として計算され、LHCbのデータとの比較のためのベンチマークを提供する。
• ΞccK、Ξccη、Ξccη′の結合定数は、それぞれgΞccK = 10.3 ± 1.5、gΞccη = 9.7 ± 1.4、gΞccη′ = 8.9 ± 1.3であり、SU(3)フレーバー対称性の破れに一致する順序を示している。
• 励起状態のΞ′ccの結合定数は、基底状態のそれよりも一般的に小さいため、励起バリオンの相互作用強度が弱いことが示唆される。
• ΩccおよびΩ′ccバリオンの結合定数は、gΩccπ = 11.8 ± 1.7、gΩccK = 9.5 ± 1.4、gΩccη = 9.1 ± 1.3と予測され、Ξccと同程度の大きさを示すが、明確なフレーバー依存性を示す。
• 結合定数の理論的不確実性は±15％以内と推定され、主にボレルパラメータおよび連続状態しきい値の変動に起因する。
• 結果から、質量が約3621 MeV/c²のLHCbによるΞ++ccの観測は、理論的予測よりもSELEXの値（約3519 MeV/c²）よりもより整合的であることが示唆され、LHCbの結果を支持する。