[論文レビュー] The anticharmed exotic baryon Theta_c and its relatives

Marek Karliner, Harry J. Lipkin|ArXiv.org|Jul 28, 2003

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 1被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、クォーク構成 $uudd\bar{c}$ と $uudd\bar{b}$ を持つ、奇妙な反charmおよび反bottom五価子バリオンの存在を提案する。これは、通常の色構造とは異なったものにより、ハイパーファイン相互作用を最小化する二クォーク・三クォーク模型を用いる。$\Theta_c$ は 2985 ± 50 MeV に位置し、幅が狭い（約 21 MeV）と予測され、$\Theta_b^+$ は 6398 ± 50 MeV に位置し、さらに幅が狭い（約 4 MeV）と予測される。両者は $D^-p$、$\bar{D}^0n$、$B^0p$、$B^+n$ の質量分布において、狭いピークとして検出可能である。

ABSTRACT

Motivated by the recent discovery of the exotic S=+1 narrow baryon resonance Theta^+ at 1540 MeV, with quark content {uudd sbar}, we conjecture the existence of its anti-charmed analogue Theta_c, with quark content {uudd cbar}, and compute its likely properties. We rely on the recently constructed model of a novel kind of a pentaquark with an unusual color structure which provides a good approximation to the Theta^+ mass. We expect that Theta_c is an isosinglet with J^P=1/2^+ and estimate its mass at 2985 \pm 50 MeV. We also discuss another possible exotic baryon resonance containing heavy quarks, the Theta_b^+, a {uudd bbar} state, and estimate m_{Theta_b^+}=6398 \pm 50 MeV. These states should appear as unexpectedly narrow peaks in D^-p, Dbar^0 n, B^0 p and B^+ n mass distributions.

研究の動機と目的

• 最近発見された $S=+1$ の $\Theta^+$ レゾネアンスに類似した、重いハイパーフレアの奇妙バリオンの存在を調査すること。
• $\Theta^+$ に用いられた二クォーク・三クォーク模型を拡張し、そのcharmおよびbottomの同定子の性質を予測すること。
• P波励起を含む色磁気相互作用模型を用いて、$\Theta_c$ および $\Theta_b^+$ の質量と崩壊幅を推定すること。
• これらの状態が $D^-p$、$\bar{D}^0n$、$B^0p$、$B^+n$ の質量分布において、どのようにして検出可能かを特定すること。

提案手法

• クォーク系 $uudd\bar{Q}$ を、スピンが 0 でアイソスピンが 0 の $ud$ 二クォークと $uds$ 的な三クォークの色 singlet 結合状態として記述する二クォーク・三クォーク模型を採用する。
• エネルギーを最小化するため、ハイパーファイン相互作用ハミルトニアン $V_{\text{hyp}} = -V(\vec{\lambda}_i \cdot \vec{\lambda}_j)(\vec{\sigma}_i \cdot \vec{\sigma}_j)$ を用いる。
• 観測された質量分裂を説明するため、二クォークと三クォーククラスタ間の相対運動として P波を導入し、基底状態エネルギーに $\delta E^{P\text{-wave}}$ を加える。
• 二体系における有効質量と換算質量を用いて、$\Theta_c$ および $\Theta_b^+$ の質量を推定する。
• 崩壊幅の式 $\Gamma \sim G_0^2 \times \mathcal{C} \times \text{phase space}$ を用い、$G_0 \sim 10$ および $\mathcal{C} \sim 1/5$ として幅を推定する。
• 大きな質量差のため、相空間が小さいと仮定し、典型的なハドロン結合にもかかわらず、幅が狭いと導く。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $\Theta^+$ 五価子バリオン模型を、charm および bottom の奇妙バリオンに拡張して、それらの存在を予測できるか？
• RQ2 二クォーク・三クォーク模型とハイパーファイン相互作用に基づき、$\Theta_c$ および $\Theta_b^+$ の予測質量は何か？
• RQ3 $\Theta_c$ および $\Theta_b^+$ の期待される崩壊幅は何か？ それらは実験的に検出可能なほど狭いか？
• RQ4 $\Theta_c$ および $\Theta_b^+$ は、どのハドロン最終状態において狭い共鳴として現れるか？
• RQ5 相空間と結合強度は、これらの奇妙状態の幅にどのように影響するか？

主な発見

• $\Theta_c$ バリオンの質量は 2985 ± 50 MeV と予測され、二クォーク・三クォーク模型と P波励起エネルギーと整合的である。
• $\Theta_b^+$ バリオンの質量は、有効質量と換算質量の計算に基づき 6398 ± 50 MeV と推定される。
• $\Theta_c \to DN$ の崩壊幅は約 21 MeV と推定され、相空間が小さいため、狭い共鳴であると示唆される。
• $\Theta_b^+ \to BN$ の崩壊幅は約 4 MeV と推定され、$\Theta_c$ よりもさらに狭い共鳴であると示唆される。
• 両状態は、$D^-p$、$\bar{D}^0n$、$B^0p$、$B^+n$ の質量分布において、予期しないほど狭いピークとして現れると予想され、明確な実験的シグネチャを提供する。
• このモデルは、中程度の結合強度にもかかわらず、崩壊に利用可能な相空間が小さいために幅が狭いと説明している。