[논문 리뷰] Coupled channel approach to the structure of the X(3872)

Pablo G. Ortega, Jorge Segovia외 2명|arXiv (Cornell University)|2009. 07. 23.

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 X(3872) 메손이 $c\bar{c}(2^3P_1)$ 채르모늄 상태와 $DD^*$ 분자 성분이 $^3P_0$ 쿼크 모델을 통해 결합된 연계 채널 프레임워크에서 동적으로 생성된 상태라고 제안한다. $D^0\bar{D}^{*0}$ 및 $D^\pm\bar{D}^{*\mp}$ 채널을 통한 이소스핀 위반 효과를 포함함으로써, 주로 $D^0\bar{D}^{*0}$ 성분(83%)이 지배하게 되어 관측된 이소스핀 위반과 복사 붕괴를 설명하며, Belle 및 BaBar의 $B \to K\pi^+\pi^-J/\psi$ 및 $B \to KD^0D^{*0}$ 붕괴 데이터와 양호한 일치를 보인다.

ABSTRACT

We have performed a coupled channel calculation of the $1^{++}$ $c\bar c$ sector including $q\bar q$ and $DD^*$ molecular configurations. The calculation was done within a constituent quark model which successfully describes the meson spectrum, in particular the $c\bar c$ $1^{--}$ sector. Two and four quark configurations are coupled using the $^3P_0$ model. The elusive X(3872) meson appears as a new state with a high probability for the $DD^*$ molecular component. When the mass difference between neutral and charged states is included a large $D^0 {D^*}^0$ component is found which dominates for large distances and breaks isospin symmetry in the physical state. The original $c\bar c(2 ^3P_1)$ state acquires a sizable $DD^*$ component and can be identified with the X(3940). We study the $B o K π^+ π^-J/ψ$ and $B o K D^0 D^{*0}$ decays finding a good agreement with Belle and BaBar experimental data.

연구 동기 및 목표

• 표준 채르모늄 스펙트로스코피에 맞지 않는 X(3872)의 헤어진 양자수와 붕괴 패atters를 해결하기 위해.
• 특히 $I=0$ 대칭에도 불구하고 $D^0\bar{D}^{*0}$ 성분이 지배하는 이유를 포함한 X(3872) 붕괴에서 관측된 이소스핀 위반을 설명하기 위해.
• 구성 입자 쿼크 모델 내에서 $c\bar{c}$ 상태가 $DD^*$ 분자 구조와 결합될 때 X(3872)가 동적으로 생성될 수 있는지 확인하기 위해.
• B \to K\pi^+\pi^-J/\psi$ 및 $B \to KD^0D^{*0}$ 붕괴 데이터를 질량 이동 및 선형형태를 포함해 재현하기 위해.

제안 방법

• 구성 입자 쿼크 모델에서 $c\bar{c}(2^3P_1)$, $q\bar{q}$, 및 $DD^*$ 분자 상태를 포함한 연계 채널 계산을 수행한다.
• $^3P_0$ 쿼크 모델을 사용하여 쿼크-반쿼크 쌍 생성을 유도하고, $c\bar{c}$ 및 $DD^*$ 구성 간의 결합을 유도한다.
• 이소스핀 위반 효과는 $D^0\bar{D}^{*0}$, $D^+\bar{D}^{*0}$, 및 $D^0\bar{D}^{*+}$ 채널을 별도로 다룸으로써 명시적으로 포함된다.
• $^3P_0$ 유도 상호작용과 $DD^*$ 임계값 효과를 포함한 포텐셜을 사용하여 슈뢰딩거 방정식을 수치적으로 해결한다.
• 모델의 예측을 Belle 및 BaBar의 $B \to K\pi^+\pi^-J/\psi$ 및 $B \to KD^0D^{*0}$ 붕괴 데이터와 비교하며, 해상도 함수를 포함한다.
• $^3P_0$ 모델의 매개변수 $\gamma$ 의 강도를 조정하여 실험적 X(3872) 질량과 바인딩 에너지를 재현한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 구성 입자 쿼크 모델 내에서 $DD^*$ 및 $c\bar{c}$ 성분이 상당히 큰 분자 상태로서 X(3872)가 동적으로 생성될 수 있는가?
• RQ2 $D^0\bar{D}^{*0}$ 및 $D^\pm\bar{D}^{*\mp}$ 채널에 기인한 이소스핀 위반이 X(3872)의 구조에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 모델이 관측된 $B \to K\pi^+\pi^-J/\psi$ 및 $B \to KD^0D^{*0}$ 붕괴 스펙트럼을 질량 이동 및 선형형태를 포함해 재현할 수 있는가?
• RQ4 $c\bar{c}(2^3P_1)$ 상태가 $DD^*$ 분자를 결합하는 데 어떤 역할을 하는가? 그리고 이는 $X(3940)$로 식별될 수 있는가?
• RQ5 모델이 복사 붕괴율 $\Gamma(X(3872) \to \gamma J/\psi)$ 및 $\Gamma(X(3872) \to \gamma \psi')$ 를 설명할 수 있는가?

주요 결과

• 이소스핀 위반 효과를 포함할 경우 X(3872)는 주로 $D^0\bar{D}^{*0}$ 성분(83%)을 지닌 동적으로 생성된 상태로 나타난다.
• $D^0\bar{D}^{*0}$ 성분이 큰 거리에서 지배적이며, 물리적 상태에서 관측된 이소스핀 위반의 원인이다.
• $c\bar{c}(2^3P_1)$ 상태는 상당한 $DD^*$ 성분을 획득하며, 이는 $X(3940)$ 공명으로 식별될 수 있다.
• 모델은 Belle의 $B \to KD^0D^{0}\pi^0$ 데이터를 잘 재현하지만, BaBar의 $B \to KD^0D^{*0}$ 데이터와의 일치는 열악하며, 이는 BaBar 공명에서 약 3 MeV의 질량 이동 때문일 가능성이 높다.
• $B \to K\pi^+\pi^-J/\psi$ 붕괴 스펙트럼은 Belle 및 BaBar 모두에 대해 모델이 잘 기술하며, 3871.4 MeV 공명 질량과 일치한다.
• 정밀하게 조정된 $^3P_0$ 매개변수 $\gamma = 0.19$ 는 올바른 바인딩 에너지 $-0.6\,\text{MeV}$ 를 제공하며, 원래 $\gamma$ 값보다 25% 감소시킨다.