[논문 리뷰] Can $Z_{cs}(3985)$ be a molecular state of $\bar{D}_s^*D$ and $\bar{D}_sD^*$ ?

Ming-Zhu Liu, Jun-Xu Lu외 3명|arXiv (Cornell University)|2020. 11. 17.

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 BESIII 실험에서 관측된 $Z_{cs}(3985)$ 공명 상태가 $\bar{D}_s^*D$ 및 $\bar{D}_sD^*$ 하드론으로 구성된 분자 상태일 수 있는지 여부를 일보스온교환 모델을 사용하여 조사한다. 연구 결과, $\bar{D}_sD$ 및 $\bar{D}_s^*D$ 채널에서는 결합이 너무 약하여 결합 상태를 형성할 수 없지만, 몇 MeV 정도의 결합 에너지를 가진 매우 느슨하게 결합된 $\bar{D}_s^*D^*$ 상태는 허용된다. 이는 $Z_{cs}(3985)$가 순수한 분자 상태가 아니라 상당한 컴팩트한 구성 성분을 포함하고 있을 가능성이 높음을 시사한다.

ABSTRACT

We study the $Z_{cs}(3985)$ state recently observed by the BESIII Collaboration in the one-boson-exchange model, assuming that it is a $\bar{D}_s^{(*)}D^{(*)}$ molecule, which has the quark content $c\bar{c}s\bar{q}$ with $q = u$, $d$. It is shown that the one-boson-exchange potential is too weak to generate dynamcally $\bar{D}_s D$, $\bar{D}^*_s D$, and $\bar{D}_sD^*$ states, while for the case of $\bar{D}^*_s D^*$, very loosely bound states are likely, with binding energies of the order of several MeV. We conclude that, the observed $Z_{cs}(3985)$ state, if confirmed by further experiments, cannot be a pure hadronic molecular state of $\bar{D}_s D^*$ and $\bar{D}_s^*D$ and could consist of large components of compact nature.

연구 동기 및 목표

• BESIII에서 관측된 $Z_{cs}(3985)$ 공명 상태가 $\bar{D}_s^{(*)}D^{(*)}$ 상태의 강입자 분자로 설명될 수 있는지 확인하는 것.
• 일보스온교환 잠재력이 다양한 $\bar{D}_s^{(*)}D^{(*)}$ 채널에서 결합 상태를 생성하는 데 얼마나 강한지 평가하는 것.
• 관측된 $Z_{cs}(3985)$ 상태가 순수한 분자 상태일 수 있는지, 아니면 상당한 컴팩트한 쿼크 구조를 포함해야 하는지 평가하는 것.

제안 방법

• 일보스온교환 모델을 사용하여 $\bar{D}_s^{(*)}D^{(*)}$ 하드론 간 상호작용 커널을 계산하는 것.
• 산산각의 분포 함수에서 결합 상태 극을 찾기 위해 베티-살파터 방정식을 사용하는 것.
• 다양한 채널($\bar{D}_sD$, $\bar{D}_s^*D$, $\bar{D}_sD^*$, $\bar{D}_s^*D^*$)에 대한 잠재력 강도를 평가하는 것.
• 각 채널에서의 결합 에너지를 계산하고, 결합 상태 존재 여부를 점검하는 것.
• 예측된 결합 에너지를 3985 MeV에서 관측된 $Z_{cs}(3985)$ 질량과 비교하는 것.
• 결합 강도와 양자수를 바탕으로 분자 성분과 컴팩트 성분의 지배 정도를 평가하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 일보스온교환 잠재력이 $\bar{D}_sD$ 채널에서 결합 상태를 생성할 수 있는가?
• RQ2 $\bar{D}_s^*D$ 시스템이 $Z_{cs}(3985)$를 설명할 정도로 충분히 결합되어 있는가?
• RQ3 $\bar{D}_sD^*$ 채널이 관측된 공명과 일치하는 결합 에너지를 가진 결합 상태를 지닐 수 있는가?
• RQ4 $\bar{D}_s^*D^*$ 분자 상태의 결합 에너지는 얼마이며, 이는 $Z_{cs}(3985)$와 호환되는가?
• RQ5 만약 분자 상태가 너무 약하게 결합되어 있다면, $Z_{cs}(3985)$ 상태가 컴팩트한 구성 성분을 얼마나 포함해야 하는가?

주요 결과

• 일보스온교환 잠재력은 $\bar{D}_sD$ 및 $\bar{D}_s^*D$ 채널에서 결합 상태를 생성하기에 너무 약하다.
• 일보스온교환 모델 하에서 $\bar{D}_sD^*$ 채널에 대해 특별히 강한 결합은 발견되지 않는다.
• $\bar{D}_s^*D^*$ 채널에서는 몇 MeV 정도의 결합 에너지를 가진 매우 느슨하게 결합된 상태가 예측된다.
• 만약 순수한 분자 상태라면, $\bar{D}_s^*D^*$ 상태의 결합 에너지가 $Z_{cs}(3985)$의 전체 너비 또는 질량을 설명하기에는 너무 작다.
• 관측된 $Z_{cs}(3985)$ 공명 상태는 $\bar{D}_sD^*$ 또는 $\bar{D}_s^*D$의 순수한 분자 상태일 수 없다. 결합이 부족하기 때문이다.
• 결과적으로 $Z_{cs}(3985)$는 전통적인 강입자 분자 상태가 아니라 상당한 컴팩트한 4쿼크 구조 성분을 포함하고 있어야 한다는 결론이 도출된다.