[논문 리뷰] $D^0 D^0 π^+$ mass distribution in the production of the $T_{cc}$ exotic state

A. Feijoo, W. H. Liang외 1명|arXiv (Cornell University)|2021. 08. 05.

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions인용 수 15

한 줄 요약

이 논문은 국소 은폐 게이지 형식을 통해 벡터 메손 교환를 고려한 단위 연립 채널 방법을 사용하여 $T_{cc}$ 이국 상태를 $D^{*+}D^{0}$ 및 $D^{*0}D^{+}$ 채널의 분자 결합 상태로 연구한다. 실험적으로 해상도 보정된 데이터로부터 추출한 질량을 입력으로 사용할 경우, 계산된 너비($\sim43$ keV)와 $D^0D^0\pi^+$의 진동 질량 분포는 LHCb 분석과 뛰어난 일치를 보이며, 이는 $T_{cc}$의 분자적 성격과 $I=0$ 이스풍 스트럭처의 지배적 성질을 확인한다.

ABSTRACT

We perform a unitary coupled channel study of the interaction of the $D^{*+} D^0, D^{*0} D^+$ channels and find a state barely bound, very close to isospin $I=0$. We take the experimental mass as input and obtain the width of the state and the $D^0 D^0 π^+$ mass distribution. When the mass of the $T_{cc}$ state quoted in the experimental paper from raw data is used, the width obtained is of the order of the $80 \;{ m keV}$, small compared to the value given in that work. Yet, when the mass obtained in an analysis of the data considering the experimental resolution is taken, the width obtained is about $43 \;{ m keV}$ and both the width and the $D^0 D^0 π^+$ mass distribution are in remarkable agreement with the results obtained in that latter analysis.

연구 동기 및 목표

• 분자 공명 상태로서의 $T_{cc}$ 상태가 $D^{*+}D^{0}$ 및 $D^{*0}D^{+}$ 연립 채널에서 어떻게 나타나는지 조사하기 위해.
• 해당 $T_{cc}$ 상태가 $I=0$ 이스풍 양자수를 가진 $D^*D$ 임계값 근처의 결합 상태로 기인하는지 여부를 규명하기 위해.
• $T_{cc}$ 생성에서의 $D^0D^0\pi^+$의 진동 질량 분포를 계산하고 실험 데이터와 비교하기 위해.
• 실험적 해상도 및 다항점 추출을 고려한 LHCb 분석과 이론 예측 간의 일관성을 평가하기 위해.

제안 방법

• 정확한 질량과 너비를 가진 $D^{*+}D^{0}$ 및 $D^{*0}D^{+}$ 채널에 대해 단위 연립 채널 프레임워크를 적용한다.
• 상호작용은 확장된 국소 은폐 게이지 라그랑지안에서 유도되며, 주로 벡터 메손 교환(예: $\rho$, $\omega$)을 메커니즘으로 모델링한다.
• G-함수 루프 적분은 截斷 스킴을 사용하여 정규화되며, 단일한 $q_{\text{max}}$ 값이 $T_{cc}$ 질량을 재현하도록 조정된다.
• $T_{cc}$ 상태가 $D^0D^0\pi^+$로 붕괴하는 붕괴 진폭을 통해 $D^0D^0\pi^+$의 진동 질량 분포를 생성하며, 위상 공간과 정점 구조를 포함한다.
• 이론적 형식은 $G$-함수와 $D^*$ 너비의 콘볼루션을 통해 실험적 해상도 효과를 반영한다.
• 이론적 결과는 원시 및 해상도 보정된 질량 입력을 모두 사용하여 LHCb 분석과 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 단위 연립 채널 방법을 통해 $I=0$ 양자수를 가진 동적으로 생성된 $D^*D$ 분자 상태로서 $T_{cc}$ 상태가 나타나는가?
• RQ2 특히 실험적 해상도 보정이 이루어진 질량 입력을 사용할 경우, $D^0D^0\pi^+$의 진동 질량 분포는 $T_{cc}$ 상태의 입력 질량에 어떻게 의존하는가?
• RQ3 왜 $D^0D^0\pi^+$ 채널에서 $I=1$ 상태의 신호가 관측되지 않는가? 그리고 모델은 이 부재를 재현하는가?
• RQ4 해상도 보정된 다항점 위치를 사용할 경우, 이론적 너비가 LHCb에서 보고한 너비와 어느 정도 일치하는가?
• RQ5 이론적 $D^0D^0\pi^+$ 스펙트럼은 LHCb 데이터에서 관측된 작은 볼록형 모양을 재현할 수 있는가, 아니면 단지 위상 공간 효과일 뿐인가?

주요 결과

• LHCb 분석에서 해상도 보정된 $T_{cc}$ 질량($\delta m_{\rm exp} = -360 \pm 40$ keV)을 입력으로 사용할 경우, 계산된 너비는 $\Gamma \approx 43$ keV로 LHCb에서 보고한 값인 $48 \pm 2$ keV와 뛰어난 일치를 보인다.
• 해상도 보정된 질량을 사용할 경우, 모델에서 계산된 $D^0D^0\pi^+$ 질량 분포는 LHCb 데이터와 놀라울 정도로 일치한다.
• 상태는 약간의 결합 상태이며 주로 $I=0$로 나타나며, 반발력 상호작용로 인해 $I=1$ 채널에서는 결합 상태를 발견하지 못한다.
• LHCb 데이터에서 관측된 $D^0D^0\pi^+$ 스펙트럼의 작은 볼록형 모양은 모델에서 재현되지만, 물리적 공명 상태가 아니라 위상 공간 및 정점 효과로 기인한다.
• 해상도 보정된 질량 대신 평균 질량을 사용할 경우 이론적 너비는 $\sim55$ keV로 증가하여 실험적 해상도가 질량 입력에 미치는 중요성을 시사한다.
• 해상도 보정된 질량에 대해 필요한 截斷 $q_{\text{max}}$는 418.6 MeV이며, 스칼라 메손 연구에서 사용된 600 MeV보다 작다. 이는 상호작용 스케일이 더 제약을 받는다는 것을 시사한다.