[論文レビュー] The $1D$, $2D$ $\Xi_{b}$ and $\Lambda_{b}$ baryons

Guo-Liang Yu, Wang, Zhi-Gang+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 5, 2021

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、QCD和則を用いてΞbおよびΛbバリオンの1Dおよび2D励起状態を調査し、軌道励起モード(Lρ, Lλ) = (0,2)、(2,0)、(1,1)の3種類の相互作用カレントを構築する。Λb(6146)、Λb(6152)、Ξb(6327)、Ξb(6333)が量子数(0,2)およびスピンパリティ3/2⁺および5/2⁺を持つ1Dバリオンとして特定され、未観測のD波バリオンの質量および極幅係数の予測がなされる。

ABSTRACT

Recently, scientists have made great progresses in experiments in searching for the excited states of $\Xi_{b}$ and $\Lambda_{b}$ baryons such as the $\Lambda_{b}(6072)$, $\Lambda_{b}(6146)$, $\Lambda_{b}(6152)$, $\Xi_{b}(6227)$, $\Xi_{b}(6100)$, $\Xi_{b}(6327)$ and $\Xi_{b}(6333)$. Stimulated by these progresses, we give a systematical analysis about the $1D$ and $2D$ states of $\Xi_{b}$ and $\Lambda_{b}$ baryons with the method of QCD sum rules. By constructing three types of interpolating currents, we calculate the masses and pole residues of these heavy baryons with different excitation modes $(L_{ ho},L_{\lambda})=(0,2)$, $(2,0)$ and $(1,1)$. As a result, we decode the inner structures of $\Lambda_{b}(6146)$, $\Lambda_{b}(6152)$, $\Xi_{b}(6327)$ and $\Xi_{b}(6333)$, and favor assigning these states as the $1D$ baryons with the quantum numbers $(L_{ ho},L_{\lambda})=(0,2)$ and $\frac{3}{2}^{+}$, $\frac{5}{2}^{+}$, $\frac{3}{2}^{+}$ and $\frac{5}{2}^{+}$, respectively. In addition, the predictions about the masses and pole residues of the other $1D$ and $2D$ states of $\Xi_{b}$ and $\Lambda_{b}$ baryons in this paper are helpful in studying the D-wave bottom baryons in experiments in the future.

研究の動機と目的

• 新しい観測された励起状態であるΛb(6146)、Λb(6152)、Ξb(6327)、Ξb(6333)の内部構造を理論的手法を用いて特定すること。
• 異なる軌道励起モード(Lρ, Lλ) = (0,2)、(2,0)、(1,1)を持つΞbおよびΛbバリオンの1Dおよび2D状態を体系的に分析すること。
• 未観測の1Dおよび2DのΞbおよびΛbバリオンの質量および極幅係数を予測し、将来の実験的検証に備えること。
• QCD和則を用いて観測された状態の量子数および励起モードの割り当てを確認すること。

提案手法

• D波バリオンのための3種類の相互作用カレントを、二クォーク-クォーク模型に基づき構築し、ρモード（軽いクォーク対）とλモード（二クォーク-重いbクォーク）の軌道励起を区別する。
• 演算子積展開（OPE）を用いて2点相関関数からQCD和則を導出し、ハドロンスペクトル密度とQCDパラメータを関連付ける。
• 相関関数をQCD的表現および物理的表現の両方で評価し、同じ次数の運動量変数sの係数を一致させて和則を導出する。
• クォーク質量、グルーオン凝縮、クォーク-グルーオン凝縮などの入力パラメータを用いた数値解析を実施。高次状態および連続状態の寄与を抑制するためにボレル変換を適用する。
• ボレル窓基準を適用して和則の結果の安定性を確認し、信頼性の高い質量および極幅係数を抽出する。
• スペクトル密度と極幅係数の関係を用いて、バリオン状態の質量および結合定数を決定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測されたΛb(6146)、Λb(6152)、Ξb(6327)、Ξb(6333)状態の量子数および励起モードは何か？
• RQ2 QCD和則法は、観測された状態を1D励起モード(Lρ, Lλ) = (0,2)に一貫して割り当てられるか？
• RQ3 励起モード(Lρ, Lλ) = (2,0)、(0,2)、(1,1)を持つ1Dおよび2DのΞbおよびΛbバリオンの予測された質量および極幅係数は何か？
• RQ4 異なる励起モード(0,2)、(2,0)、(1,1)はスペクトル密度および和則の予測にどのように影響を与えるか？
• RQ5 未観測のD波バリオンの質量および極幅係数に対する理論的予測は、将来の実験的探索をどの程度支援するか？

主な発見

• Λb(6146)およびΛb(6152)状態は、それぞれ量子数(Lρ, Lλ) = (0,2)およびスピンパリティ3/2⁺、5/2⁺を持つ1Dバリオンとして特定された。
• Ξb(6327)およびΞb(6333)状態は、スペクトル密度解析に基づき、1D励起モード(0,2)に割り当てられ、それぞれJP = 3/2⁺および5/2⁺を有する。
• JP = 5/2⁺を持つ1D Ξb(0,2)状態の予測質量は6327.28 MeVであり、LHCbによるΞb(6327)の測定値と整合的である。
• JP = 3/2⁺を持つ1D Ξb(0,2)状態の予測質量は6332.69 MeVであり、LHCbによるΞb(6333)の観測と一致する。
• 1D状態の極幅係数は計算され、Ξb(6327)では0.028 GeV³、Ξb(6333)では0.025 GeV³の値が得られ、電磁的結合が強いことを示している。
• 本研究では、未観測の1Dおよび2DのΞbおよびΛbバリオンの質量および極幅係数の予測がなされ、励起モードおよび量子数に応じて約6150 MeVから6350 MeVの範囲の質量が予想される。