[論文レビュー] The nature of charged charmonium-like states $Z_c(3900)$ and its strange partner $Z_{cs}(3982)$

M. C. Du, Qian Wang+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 18, 2020

Molecular spectroscopy and chiralityChemistry被引用数 18

ひとこと要約

本稿は、SU(3)フレーバー対称性とヘビィクォークスピン対称性を用いた有効場理論フレームワークにおいて、$Z_c(3900)$ およびそのストレンジなパートナー $Z_{cs}(3982)$ の性質を検討する。$e^+e^-$ 消滅におけるインバリアント質量分布およびジャクソン角分布の分析を通じて、真の極構造（束縛状態または仮想状態を示す）を同定し、両状態が動的に生成されたハドロン分子であることを確認する。特に $Z_{cs}(3982)$ は $S$-波の開放しきい値に強く依存している。

ABSTRACT

The observation of $Z_{cs}(3985)$ by BESIII in the $D_s^{*-}D^0$ and $D_s^{-}D^{*0}$ channel adds important dynamic information for a coherent understanding of both $Z_c(3900)$ and $Z_c(4020)$, as well as their strange partners $Z_{cs}(3985)$ and $Z_{cs}(4120)$, on the basis of heavy quark spin symmetry. With an overall short-ranged contact potential in SU(3) flavor symmetry we show that the pole structures can be extracted from the experimental data. Meanwhile, we show the key role played by the $S$-wave open thresholds in $e^+e^-$ annihilations which are correlated with the production of these $Z$ states in a hadronic molecule picture. Implications of their scalar heavy quark spin partners $W_{c0,1,2}$ and $W_{cs0,1,2}$ are also gained.

研究の動機と目的

• BESIIIからの実験データを用いて、$Z_c(3900)$ と $Z_{cs}(3982)$ の動的性質を特定すること。
• 複素エネルギー平面における極構造解析を通じて、これらの状態が束縛状態、仮想状態、または共鳴状態であるかどうかを評価すること。
• $e^+e^-$ 消滅における $S$-波の開放しきい値が、これらのExotic状態の生成に果たす役割を調査すること。
• 将来の実験的探索のため、ヘビィクォークスピン対称性のパートナーである $W_{c0,1,2}$ および $W_{cs0,1,2}$ の存在と性質を予測すること。

提案手法

• 短距離接触相互作用を用いた有効場理論を用いて、ハドロン分子のダイナミクスをモデル化する。
• チャームニュートリノ状態とそのストレンジパートナーを関連付けるために、SU(3)フレーバー対称性とヘビィクォークスピン対称性を適用する。
• $e^+e^-$ データからのインバリアント質量分布およびジャクソン角分布のフィッティングを通じて、$S$-波および $D$-波チャンネルにおける生成振幅を抽出する。
• $D\bar{D}^*$、$D_s\bar{D}^{*}$、および関連するチャンネルにおける $S$-波の開放しきい値を、極の位置を制約する主要な制約条件として用いる。
• 複素エネルギー平面における極構造の解析を通じて、束縛状態、仮想状態、共鳴状態を区別する。
• 対称性および極の振る舞いに基づいて、$W_{c0,1,2}$ および $W_{cs0,1,2}$ の崩壊チャンネル（例：$J/\psi\pi\pi$ および $\eta_c\pi$）を予測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 複素エネルギー平面における $Z_c(3900)$ および $Z_{cs}(3982)$ の極構造は、それらが運動学的アーティファクトでないことを示唆するか？
• RQ2 $e^+e^-$ 消滅における $S$-波の開放しきい値は、これらのExotic状態の生成と安定性にどのように寄与するか？
• RQ3 同じ動的メカニズムが $Z_c(3900)$ と $Z_{cs}(3982)$ およびそれらのスピンパートナーを説明できるか？
• RQ4 データから抽出された極の位置に基づいて、$Z_c(3900)$ および $Z_{cs}(3982)$ の状態の性質（束縛、仮想、共鳴）は何か？
• RQ5 $W_{c0,1,2}$ および $W_{cs0,1,2}$ の性質は何か？ そして、それらはどのように実験的に探索できるか？

主な発見

• 最良のフィットスキーム（スキームIII）において、$Z_c(3900)$ は真の状態として確認され、束縛エネルギーは75.2 MeVであり、深い仮想状態または束縛状態であることを示唆する。
• $Z_{cs}(3982)$ は真の状態として存在することが判明し、$D_s\bar{D}^{*}$ しきい値の上に顕著な極構造を示す。これは仮想状態または束縛状態の可能性を示している。
• $e^+e^-$ 消滅における $S$-波の開放しきい値は、観測された $Z_c$ および $Z_{cs}$ シグナルの生成に重要な役割を果たしており、三角形特異性メカニズムと整合的である。
• ヘビィクォークスピン対称性のパートナー $W_{cs0}$ は、束縛状態として予測され、束縛エネルギーは31.8 MeVであり、$J/\psi K\pi$ および $\eta_c K$ の崩壊チャンネルで観測可能である。
• $W_{c0}$ および $W_{cs0}$ はすべてのスキームで束縛状態であることが判明した。$W_{c0}$ ではスキームIで0.3 MeV、スキームIIIで47.0 MeVの束縛エネルギーを示す。
• $\sqrt{s} = 4.68$ GeV における $e^+e^- \to K^+ D_s^{*-} D^{*0}$ の欠落したカリウムスペクトル予測は、フィッティングスキームごとに明確なラインシェイプの違いを示し、$Z_{cs}(4120)$ が真の状態であることを支持する。