[論文レビュー] The Constituent Quark Model Revisited - Quark Masses, New Predictions for Hadron Masses and KN Pentaquark

Marek Karliner, Harry J. Lipkin|ArXiv.org|Jul 18, 2003

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 1被引用数 39

ひとこと要約

この論文は、ハドロン質量および最近発見されたΘ⁺五価子を説明するために、構成クォーク模型を再考する。J⁰ = 1/2⁺、I = 0、および反十重項SU(3)フレーバー構造を持つ、カラーリクラスタ化された二クォーク-三クォーク五価子状態を提案し、実験的値に近い質量を予測する。同時に、一般化されたサハロフ＝ゼルドビチ関係を用いて、メソンとバリオンにおけるクォーク質量差が一貫していることを示す。

ABSTRACT

Prompted by the recent surprising results in QCD spectroscopy, we extend to heavy flavors the hadron mass relations showing that the constituent quark mass differences and ratios have the same values when obtained from mesons and baryons. We obtain several new successful relations involving heavy quarks and provide some related predictions. We discuss in detail the apparent sharp decrease in m_s and m_c, when a light partner quark in a meson is replaced by a heavy one and construct a potential model which qualitatively reproduces this pattern through wave function effects. We apply these ideas to the recently discovered theta^+ exotic KN resonance and propose its interpretation as a novel kind of a pentaquark with an unusual color structure, J^P=1/2^+, I=0 and an antidecuplet of SU(3)_f. A rough mass estimate of this pentaquark is close to experiment.

研究の動機と目的

• Sakharov-Zeldovich質量関係を重いフレーバーに拡張し、メソンとバリオンにおける有効クォーク質量の一貫性を検証すること。
• 重いクォークとペアを形成するとき、 strange 及び charm クォークの有効質量が顕著に減少する理由を説明すること。
• 独創的な二クォーク-三クォークカラーモデルを用いて、特異なΘ⁺五価子共鳴状態を記述する素的モデルを提供すること。
• 既知のハドロン質量に基づく一般化された質量関係を用いて、Bc* メソンの質量を予測すること。
• 波動関数効果およびポテンシャルモデルが、ハドロン内における重いクォークの有効質量低下をどのように説明できるかを検討すること。

提案手法

• メソンとバリオンの質量差を用いて、クォーク質量差を関連付けるSakharov-Zeldovich質量公式を一般化し、ベクトルおよびスカラーメソン質量の線形結合を用いる。
• 同じ質量差公式を、1つの重いクォークを含むバリオン（Λc、Λb）に適用し、ハイパーファイン相互作用が質量差で相殺すると仮定して有効クォーク質量を抽出する。
• Θ⁺五価子のための二クォーク-三クォークモデルを提唱し、5つのクォークが標準的でないカラーレプリカションを持つ二クォーク（反基本表現）と三クォーク（反基本表現）に再結合することを想定する。
• ポテンシャルモデルを用いて、軽いクォークが重いクォークに置き換わる際の有効クォーク質量の低下を定性的に再現し、短距離結合の強化を原因とすることを示す。
• 核子質量とカイソン質量の和からハイパーファイン分裂を差し引くことで、二クォーク-三クォーク系の質量を推定し、約1592 MeVの粗い予測値を得る。
• フレーバー対称性を分析し、二クォーク-三クォーク状態が自然にSU(3)fにおける反十重項を形成することを示し、Θ⁺の量子数と実験的観測と整合的である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 メソンとバリオンから抽出された有効クォーク質量差が、構成クォーク模型において重いフレーバーに対しても一致するか？
• RQ2 なぜ重いクォークとペアを形成するとき、strange 及び charm クォークの有効質量が、軽いクォークとペアを形成する場合に比べ顕著に減少するのか？
• RQ3 Θ⁺五価子共鳴状態は、非標準的なカラーレプリカションと特定の量子数を持つ二クォーク-三クォーク状態として一貫して記述可能か？
• RQ4 既知のハドロン質量を含む一般化されたハドロン質量関係に基づいて、Bc* メソンの質量を予測するといくらになるか？
• RQ5 波動関数効果およびポテンシャルモデルは、重い-軽いハドロンにおける有効クォーク質量低下の観測パターンをどのように説明できるか？

主な発見

• 有効クォーク質量差 ms - mu はバリオンから177 MeV、メソンから179 MeVと求められ、両セクター間で一貫性があることが示された。
• 質量比 ms/mu はバリオンから約1.53、メソンから約1.61であり、わずかだが一貫した乖離が示された。
• 一般化された質量関係を用いて、Bc* メソンの質量は約6.7 GeVと予測された。
• 二クォーク-三クォーク五価子モデルは、約1592 MeVの粗い質量推定値をもたらし、観測されたΘ⁺質量の3%以内に収まる。
• モデルは自然に、Θ⁺をJ⁰ = 1/2⁺、I = 0、SU(3)fにおける反十重項状態として予測し、実験的データおよび理論的期待と整合的である。
• モデルは、Θ⁺の非常に狭い幅が、高い軌道的角運動量障壁とカラーリクラスタ化による崩壊抑制によって説明できることを示した。