[논문 리뷰] Analysis ofJ/ψπ+π−andD0D¯0π0decays of theX(3872)

Eric Braaten, J. Stapleton|arXiv (Cornell University)|2010. 01. 22.

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions인용 수 24

한 줄 요약

이 논문은 $X(3872)$의 $J/\psi\pi^+\pi^-$ 및 $D^0\bar{D}^0\pi^0$ 붕괴를 보편적인 $S$-파 임계값 행동을 사용하여 재분석하여, 공명 매개변수의 정의에 따라 그 값이 달라짐을 보여준다. 이는 $X(3872)$의 질량이 $D^{*0}\bar{D}^0$ 임계값 이하에 위치함을 시사하며, 이는 매우 약한 결합을 가진 쿼크 메손 분자로의 식별을 지지한다.

ABSTRACT

We analyze recent data from the BABAR and Belle Collaborations on the $X(3872)$ resonance in the $J/\ensuremath{\psi}{\ensuremath{\pi}}^{+}{\ensuremath{\pi}}^{\ensuremath{-}}$ and ${D}^{0}{\overline{D}}^{0}{\ensuremath{\pi}}^{0}$ decay channels, taking careful account of the universal features of an $S$-wave threshold resonance. Because the line shapes for such a resonance are not integrable functions of the energy, the resonance parameters depend on the prescriptions used to define them. In recent experimental analyses of the ${D}^{0}{\overline{D}}^{0}{\ensuremath{\pi}}^{0}$ channel, an event near the ${D}^{*0}{\overline{D}}^{0}$ threshold was assumed to come from ${D}^{*0}{\overline{D}}^{0}$ or ${D}^{0}{\overline{D}}^{*0}$ and was therefore assigned an energy above the threshold. Taking this effect into account, our analysis of the ${D}^{0}{\overline{D}}^{0}{\ensuremath{\pi}}^{0}$ data gives a mass for the $X(3872)$ that is below the ${D}^{*0}{\overline{D}}^{0}$ threshold. Our analyses in both the $J/\ensuremath{\psi}{\ensuremath{\pi}}^{+}{\ensuremath{\pi}}^{\ensuremath{-}}$ and ${D}^{0}{\overline{D}}^{0}{\ensuremath{\pi}}^{0}$ channels are consistent with the identification of the $X(3872)$ as an extremely weakly bound charm meson molecule.

연구 동기 및 목표

• 보편적인 $S$-파 임계값 행동을 사용하여 $J/\psi\pi^+\pi^-$ 및 $D^0\bar{D}^0\pi^0$ 붕괴에서 $X(3872)$ 공명 매개변수를 재평가한다.
• 임계값 근처에서 비적분 가능한 선형형태로 인해 발생하는 공명 매개변수 정의의 모호함을 다룬다.
• $D^0\bar{D}^0\pi^0$ 채널에서 $D^{*0}\bar{D}^0$ 임계값 근처의 사건을 재평가한다.
• $X(3872)$가 약한 결합을 가진 쿼크 메손 분자 상태임을 검증한다.

제안 방법

• 공명 선형형태를 모델링하기 위해 $S$-파 임계값 공명에 대한 보편적인 효과 이론을 적용한다.
• 임계값 근처에서 비적분 가능한 공명 선형형태로 인해 질량 및 너비와 같은 매개변수가 어떻게 정의되는지 고려한다.
• $D^0\bar{D}^0\pi^0$ 채널에서 $D^{*0}\bar{D}^0$ 임계값 근처의 실험적 사건을 $X(3872)$ 붕괴에서 기인한 것으로 재해석하며, $D^{*0}\bar{D}^0$ 또는 $D^0\bar{D}^{*0}$ 상태가 아닌 것으로 본다.
• BABAR 및 Belle 연합 연구 결과를 사용하여 임계값 처리를 일관되게 적용하여 공명 매개변수를 추출한다.
• 두 붕괴 채널 간의 결과를 비교하여 분자적 $X(3872)$ 해석의 일관성을 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 임계값 근처에서 비적분 가능한 선형형태는 $X(3872)$의 공명 매개변수 정의와 추출에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 $D^{*0}\bar{D}^0$ 임계값이 $D^0\bar{D}^0\pi^0$ 붕괴 채널에서 올바르게 고려될 경우, $X(3872)$의 진짜 질량은 얼마인가?
• RQ3 $X(3872)$는 약한 결합을 가진 쿼크 메손 분자 상태로 일관되는가?
• RQ4 보편적인 $S$-파 임계값 역학을 포함함으로써 이전의 $X(3872)$ 공명 해석은 어떻게 변화하는가?

주요 결과

• 임계값 역학과 사건 해석을 정확히 반영할 경우, $X(3872)$의 질량은 $D^{*0}\bar{D}^0$ 임계값 이하에 위치함을 확인하였다.
• 분석 결과, 공명 매개변수의 값은 비적분 가능한 선형형태 근처에서 사용되는 정의 방법에 민감하게 의존함을 보여주었다.
• $J/\psi\pi^+\pi^-$ 및 $D^0\bar{D}^0\pi^0$ 붕괴에서 $X(3872)$의 선형형태는 보편적인 $S$-파 임계값 행동과 일치함을 확인하였다.
• $X(3872)$는 질량이 $D^{*0}\bar{D}^0$ 임계값 이하에 위치하며, 매우 약한 결합을 가진 쿼크 메손 분자로 가장 잘 설명된다.
• $D^0\bar{D}^0\pi^0$ 채널에서 $D^{*0}\bar{D}^0$ 임계값 근처의 사건은 $D^{*0}\bar{D}^0$ 상태보다는 $X(3872)$ 붕괴로 더 잘 설명된다.