[論文レビュー] Strong decay patterns of the hidden-charm tetraquarks

Li Ma, Wei-Zhen Deng+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 7, 2015

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、重夸克スピン対称性の極限において、色スピン再配置スキームを用いて、隠れ charm テトラクォークの強い崩壊パターンを調査している。分子状態（例：$Y(4260)$）では $J/\psi\pi\pi$ 崩壊モードが強く抑制される一方、ハイブリッド charm 開始状態およびテトラクォーク状態は、開放 charm モードを好む類似の崩壊パターンを示す。これらの結果は、$Y(4260)$ および $Z_c(4020)$ の分子的解釈に疑問を呈し、代わりにテトラクォークまたはハイブリッド構造を支持するものである。

ABSTRACT

With the spin rearrangement, we have performed a comprehensive investigation of the decay patterns of the S-wave tetraquarks and P-wave tetraquarks where the P-wave excitation exists either between the diquark and anti-diquark pair or inside the diquark. Especially, we compare the decay patterns of $Y(4260)$ with different inner structures such as the conventional charmonium, the molecule, the P-wave tetraquark and the hybrid charmonium. We notice the $J/ψππ$ mode is suppressed in the heavy quark symmetry limit if $Y(4260)$ is a molecular state. Moreover the hybrid charmonium and hidden-charm tetraquark have very similar decay patterns. Both of them decay into the $J/ψππ$ and open charm modes easily. We also discuss the decay patterns of $X(3872)$, $Y(4360)$, and several charged states such as $Z_c(4020)$. The $h_cπ^{\pm}$ decay mode disfavors the tetraquark assumption of $Z_c(4020)$.

研究の動機と目的

• S波およびP波の隠れ charm テトラクォークの強い崩壊パターンを、重クォークスピン対称性の極限におけるスピン再配置を用いて調査すること。
• $Y(4260)$、$X(3872)$、$Z_c(4020)$ などのExotic charm 開始状態の分子的・テトラクォーク的・ハイブリッド charm 開始状態の解釈を区別すること。
• 量子数および色スピン構造に基づいて、どの崩壊モードが許可または抑制されるかを特定すること。
• 崩壊行動を通じて XYZ 状態の内部構造を特定するための枠組みを提供すること。

提案手法

• 重クォークスピン対称性の下で色スピン再配置スキームを適用し、重クォークスピン、軽クォークスピン、パリティ、CおよびG対称性を保存する。
• テトラクォークを2種類に分類：二クォーク-反二クォーク対間のP波励起、または1つの二クォーク内での励起。
• 群論および対称性選択則を用いて、さまざまな量子数配置に対する許可された崩壊チャネルを同定する。
• $Y(4260)$ の崩壊パターンを、分子的・テトラクォーク的・ハイブリッド charm 開始状態の仮定の下で比較する。
• $J/\psi\pi\pi$、$h_c\pi$、$\chi_{c0}\rho$、$\chi_{c1}\rho$、および開放 charm モードの崩壊幅および分岐比を評価する。
• Belle、LHCb、CDF からの実験データを分析し、理論的モデルを制約する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 重クォークスピン対称性の極限において、$Y(4260)$ が $D_0\bar{D}^*$、$D_1\bar{D}^*$、または類似の構成を持つ分子状態であるならば、なぜ $J/\psi\pi\pi$ 崩壊モードが抑制されるのか？
• RQ2 ハイブリッド charm 開始状態と隠れ charm テトラクォークの崩壊パターンはどのように比較できるか。これにより、それらの同定に何が示唆されるか？
• RQ3 $Z_c(4020)$ の $h_c\pi$ 崩壊モードが、$1^{+-}$ 量子数を持つテトラクォーク（$280_{cs}$ 色スピン表現）である場合に、なぜ禁じられるのか？
• RQ4 テトラクォークモデルにおいて $Y(4360)$ に対して許可される崩壊モードは何か。また、その観測された $\psi(2S)\pi^+\pi^-$ 崩壊と比較するとどうなるか？
• RQ5 なぜ $Y(4260)$ では開放 charm 崩壊が観測されないのか。これは分子仮説にどのように挑戦するのか？

主な発見

• 重クォークスピン対称性の極限において、$Y(4260)$ が $D_0\bar{D}^*$、$D_1\bar{D}^*$、または類似の構成を持つ分子状態である場合、$J/\psi\pi^+\pi^-$ 崩壊モードは強く抑制される。
• ハイブリッド charm 開始状態と隠れ charm テトラクォークは、両方とも $J/\psi\pi\pi$ および開放 charm モードを好む非常に類似した崩壊パターンを示す。
• $Z_c(4020)$ が $1^{+-}$ 量子数を持つテトラクォークで、$280_{cs}$ 色スピン表現にある場合、$h_c\pi^\pm$ 崩壊モードは禁じられ、テトラクォーク仮説を不適切なものとする。
• $Y(4360}$ に対して、$J/\psi\sigma$、$J/\psi f_0(980)$、$\psi(2S)\sigma$、$\psi(2S)f_0(980)$ モードは重クォークスピン対称性の極限で抑制されるため、これはタイプ I の $1^{--}$ スカラー二重粒子テトラクォークである可能性を示唆する。
• $h_c\eta$ 崩壊モードは、唯一 $0^{-}(1^{--})\{^1P_1\}$ テトラクォーク状態で許可されるため、$Y(4360}$ の量子数を特定するための潜在的判別子となる。
• $Z_c(4200)^+$ の大きな崩壊幅（約 370 MeV）と $J/\psi\pi^+$ 崩壊モードは、分子モデルと整合しないが、$35_{cs}$ 色スピン表現における $1^{+-}$ テトラクォークと整合する。