[논문 리뷰] $D_{s}$ mesons with $DK$ and $D^{*}K$ scattering near threshold

C. B. Lang, Luka Leskovec외 3명|arXiv (Cornell University)|2014. 03. 31.

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions참고 문헌 3인용 수 11

한 줄 요약

이 격자 양자 chromodynamics 연구는 $D_s$ 메손이 $DK$ 및 $D^*K$ 임계점 근처에서 두 개의 격자 엔sembel(양성자 질량이 각각 266 MeV 및 156 MeV)을 사용하여 $ar{c}s$ 쿼크-반쿼크 및 메손-메손 상호작용 연산자 모두를 포함하여 연구한다. 연구에서는 $D_{s1}(2460)$을 $D^*K$ 임계점 이하 44(10) MeV에 있는 유도 상태로 발견하였고, $D_{s0}^*(2317)$은 $DK$ 임계점 이하 37(17) MeV에 위치하며, 실험 결과와 일치하여 이 양성자 상태들이 분자적 또는 동역학적으로 생성된 성질을 띤다는 것을 지지한다.

ABSTRACT

$D_s$ mesons are studied in three quantum channels ($J^P=0^+$, $1^+$ and $2^+$), where experiments have identified the very narrow $D_{s0}^*(2317)$, $D_{s1}(2460)$ and narrow $D_{s1}(2536)$, $D_{s2}^*(2573)$. We explore the effect of nearby $DK$ and $D^*K$ thresholds on the subthreshold states using lattice QCD. Our simulation is done on two very different ensembles of gauge configurations (2 or 2+1 dynamical quarks, Pion mass of 266 or 156 MeV, lattice size $16^3 imes 32$ or $32^3 imes 64$). In addition to $\bar{q}q$ operators we also include meson-meson interpolators in the correlation functions. This clarifies the identification of the states above and below the scattering thresholds. The ensemble with $m_π\simeq 156~$MeV renders the $D_{s1}(2460)$ as a strong interaction bound state 44(10)MeV below $D^*K$ threshold, which is in agreement with the experiment. The $D_{s0}^*(2317)$ is found 37(17)MeV below $DK$ threshold, close to experiment value of 45MeV. The narrow resonances $D_{s1}(2536)$ and $D_{s2}^*(2573)$ are also found close to the experimental masses.

연구 동기 및 목표

• 임계점 근처의 $D_s$ 메손의 구조에 미치는 $DK$ 및 $D^*K$ 산란 임계점의 동역학적 역할을 조사하는 것.
• 좁은 $D_{s0}^*(2317)$ 및 $D_{s1}(2460)$ 상태가 각각 해당 임계점 이하의 결합 상태인지 또는 공명 상태인지 확인하는 것.
• 격자 QCD 상관 함수에 메손-메손 상호작용 연산자를 포함할 경우 이들의 상태 식별 및 질량 예측에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 다른 양성자 질량(156 MeV 및 266 MeV)을 가진 두 개의 격자 엔sembel 간의 결과를 비교하여 쿼크 질량 의존성을 연구하는 것.

제안 방법

• 2+1 동역적 쿼크를 가진 두 개의 게이지 엔sembel에서 격자 QCD 시뮬레이션을 수행하였으며, 양성자 질량은 각각 266 MeV 및 156 MeV였다.
• 상관 함수는 $\bar{c}s$ 쿼크-반쿼크 상호작용 연산자와 $DK$ 및 $D^*K$ 채널을 위한 메손-메손 상호작용 연산자를 포함하였다.
• 연산자는 총 운동량 0으로 프로젝션되고, 양자 수를 추출하기 위해 오각형군 $O_h$의 기하학적 표현으로 변환되었다.
• 유한 체적 스펙트럼은 루슈너의 방법을 사용하여 분석되어 임계점에 대한 산란 단계 이동 및 결합 상태 에너지를 추출하였다.
• 에너지 준위를 임계점과 비교하고 상관 행렬 내의 연산자 혼합을 분석함으로써 상태를 식별하였다.
• $J^P = 0^+$ 및 $1^+$ 채널에서 각각 $s$-파 $DK$ 및 $D^*K$ 상호작용 연산자를 사용하여 $D_{s0}^*$ 및 $D_{s1}$ 상태를 연구하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 표준 $D_{s0}^*(2317)$ 상태는 $DK$ 임계점 이하에 결합 상태로 존재하는가? 그리고 실험적 값과 질량이 어떻게 비교되는가?
• RQ2 $D_{s1}(2460)$ 상태는 $D^*K$ 임계점 이하의 결합 상태인가? 그리고 질량이 실험 결과와 일치하는가?
• RQ3 상관 함수에 메손-메손 상호작용 연산자를 포함할 경우 $D_s$ 상태의 식별 및 질량 예측에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 $D_s$ 상태의 질량이 $DK$ 및 $D^*K$ 임계점에 대해 쿼크 질량 의존성은 어떠한가?
• RQ5 좁은 $D_{s1}(2536)$ 및 $D_{s2}^*(2573)$ 상태도 $DK$ 또는 $D^*K$ 임계점과 관련된 구조를 보이는가?

주요 결과

• $D_{s1}(2460)$ 상태는 $m_\pi \approx 156$ MeV 엔sembel에서 $D^*K$ 임계점 이하 44(10) MeV에 위치한 결합 상태로 발견되었으며, 실험 결과와 일치한다.
• $D_{s0}^*(2317)$ 상태는 $DK$ 임계점 이하 37(17) MeV에 위치하며, 실험적 값인 45 MeV와 양호한 일치를 보인다.
• 상관 함수에 메손-메손 상호작용 연산자를 포함함으로써 임계점 이하 상태의 식별 및 결합 에너지 예측이 크게 향상된다.
• 좁은 공명 상태인 $D_{s1}(2536)$ 및 $D_{s2}^*(2573)$는 실험적 값과 가까운 질량에서 발견되어 일관된 스펙트럼 할당이 이루어졌음을 시사한다.
• 결과는 $D_{s0}^*$ 및 $D_{s1}$ 상태가 각각 $DK$ 및 $D^*K$ 채널과의 결합에 의해 동역학적으로 생성된 것으로 보이며, 단순한 $\bar{c}s$ 상태가 아니라는 것을 시사한다.
• 쿼크 질량 의존성은 민감하게 나타나며, 메손-메손 연산자를 포함할 경우 오직 물리적 근처의 양성자 질량(156 MeV)에서만 $D_{s1}(2460)$ 상태가 임계점 이하의 결합 상태로 나타난다.