[論文レビュー] The Charged Z(4433): Towards a New Spectroscopy

Luciano Maiani, A. D. Polosa+1 more|ArXiv.org|Aug 29, 2007

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 5被引用数 23

ひとこと要約

論文は、新たに観測された荷電共振状態 $Z(4433)$ が、$[cu][\bar{c}\bar{d}]$ 構成の $1^{+-}$ テトラクォーク状態の最初のラジアル励起状態（$2S$）であると提案している。これは、$X(3872)$ と $X(3876)$ を含むテトラクォークスーパ Multiplet を拡張するものである。この割り当ては、約 3880 MeV の荷電 $1^{+-}$ 状態と、$ \psi(2S)+\pi^0/\eta$ もしくは $\eta_c(2S)+\rho^0/\omega$ に崩壊する中性のパートナー状態を予測し、バリオン-反バリオン閾値を超える領域では幅が広がる傾向を示す。

ABSTRACT

We identify the newly found Z(4433) with the first radial excitation of the tetraquark basic supermultiplet to which X(3872) and X(3876) belong. Experimental predictions following from this hypothesis are spelled out.

研究の動機と目的

• 新しく観測された $Z(4433)$ 共振状態を、構成クォーク模型における $[cu][\bar{c}\bar{d}]$ 構成の $1^{+-}$ テトラクォーク状態のラジアル励起状態として説明すること。
• テトラクォークスーパ Multiplet フレームワークをより高いラジアル励起状態にまで拡張し、新しいExotic状態を予測すること。
• $1^{+-}$, $2S$ テトラクォーク状態の実験的検証に役立つ署名（崩壊モードと質量パターン）を提供すること。
• $B$ 衰えや $e^+e^-$ 衝突実験で観測された $X$ 状態のスペクトル的増殖を扱うこと。

提案手法

• $M_{\psi(2S)} - M_{\psi(1S)} \sim 590$ MeV に近い質量を根拠に、$Z(4433)$ を $[cu][\bar{c}\bar{d}]$ テトラクォークの $1^{+-};2S$ ラジアル励起状態に割り当てる。
• 構成クォーク模型を用いて、$1^{+-};2S$ 状態の量子数と崩壊モード（$\psi(2S)+\pi^\pm$ や $\eta_c(2S)+\rho^\pm$ を含む）を予測する。
• $Z(4433)$ の中性パートナーを $J^{PC}=1^{+-}$ と仮定し、同様の質量にあり、$\psi(2S)+\pi^0/\eta$ もしくは $\eta_c(2S)+\rho^0/\omega$ に崩壊すると予測する。
• 他の $J^{PC}$ チャネルにおける $2S$ 状態の存在を予測する：$0^{++}/2^{++}$ は $\sim 4160$ MeV に、$1^{++}$ は $4200-4300$ MeV に、$2^{++}$ は $\sim 4600$ MeV に存在すると予想する。
• 相空間に基づいて崩壊幅を推定し、$\Lambda_c^+ \bar{\Lambda}_c^+$ や $\Lambda_c^+ \Sigma_c^0$ 閾値を超える状態では、$Z(4433)$ よりも大幅に幅が広がると予測する。
• Belle と BaBar の $X(3872)$、$X(3876)$、および $e^+e^- \to \psi D^*\bar{D}^*$ の実験データを用いてモデルを制約する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $Z(4433)$ 共振状態は、$[cu][\bar{c}\bar{d}]$ 構成における $1^{+-}$ テトラクォーク状態の最初のラジアル励起状態として整合的か？
• RQ2 荷電 $1^{+-};2S$ テトラクォーク状態の予測される崩壊モードと質量は何か？
• RQ3 $Z(4433)$ の中性パートナー（$J^{PC}=1^{+-}$）は存在するか？ その崩壊チャネルは何か？
• RQ4 $e^+e^-$ 衝突において $\psi D^*\bar{D}^*$ 生産を通じて $2S$ テトラクォークスーパ Multiplet を同定できるか？
• RQ5 バリオン-反バリオン閾値を超えるテトラクォーク状態は、著しく広い幅を示すか？ これはモデルの検証に役立つ。

主な発見

• $Z(4433)$ 共振状態は、$[cu][\bar{c}\bar{d}]$ テトラクォークの $1^{+-};2S$ ラジアル励起状態と特定され、質量は $M \sim 4433$ MeV である。
• 荷電 $1^{+-};1S$ テトラクォーク状態が $M \sim 3880$ MeV に予測され、$\psi(1S)+\pi^\pm$ もしくは $\eta_c(1S)+\rho^\pm$ に崩壊すると予想される。
• $Z(4433)$ の中性パートナーが同様の質量に存在すると予測され、$J^{PC}=1^{+-}$ で、$\psi(2S)+\pi^0/\eta$ もしくは $\eta_c(2S)+\rho^0/\omega$ に崩壊するとされる。
• $0^{++}/2^{++};2S$ 状態が $M \sim 4160$ MeV に予測され、$e^+e^- \to \psi D^*\bar{D}^*$ のデータと整合的である。
• $1^{++};2S$ 状態は $4200-4300$ MeV に予想され、$D^{(*)}D^{(*)}$ に崩壊すると予想される。一方、$2^{++};2S$ 状態は $\sim 4600$ MeV に予測される。
• $\Lambda_c^+ \bar{\Lambda}_c^+$ 閾値（$4572$ MeV）および $\Lambda_c^+ \Sigma_c^0$ 閾値（$4739$ MeV）を超えるテトラクォーク状態は、$Z(4433)$ よりも著しく広い幅を示すと予想される。