[논문 리뷰] $\eta(2225)$ observed by BES Collaboration

De-Min Li, Ma Bing|arXiv (Cornell University)|2008. 03. 02.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 $^3P_0$ 쿼크 모형을 사용하여 $3^1S_0$ 및 $4^1S_0$ $s\bar{s}$ 상태의 강한 붕괴를 조사하며, 질량 2.24 GeV에서 총 붕괴 너비를 각각 438 MeV와 125 MeV로 예측한다. 관측된 $η(2225)$의 너비인 $0.19 \pm 0.03^{+0.04}_{-0.06}$ GeV는 $3^1S_0$ 상태와 부합하지 않지만 $4^1S_0$ 상태와 부합하며, 이는 $η(2225)$가 $4^1S_0$ $s\bar{s}$ 공명일 가능성이 높다는 것을 시사한다.

ABSTRACT

In the framework of the $^3P_0$ meson decay model, the strong decays of the $3 ^1S_0$ and $4 ^1S_0$ $s\bar{s}$ states are investigated. It is found that in the presence of the initial state mass being 2.24 GeV, the total widths of the $3 ^1S_0$ and $4 ^1S_0$ $s\bar{s}$ states are about 438 MeV and 125 MeV, respectively. Also, when the initial state mass varies from 2220 to 2400 MeV, the total width of the $4 ^1S_0$ $s\bar{s}$ state varies from about 100 to 132 MeV, while the total width of the $3 ^1S_0$ $s\bar{s}$ state varies from about 400 to 594 MeV. A comparison of the predicted widths and the experimental result of $(0.19\pm 0.03^{+0.04}_{-0.06})$ GeV, the width of the $\eta(2225)$ with a mass of $(2.24^{+0.03+0.03}_{-0.02-0.02})$ GeV recently observed by the BES Collaboration in the radiative decay $J/\psi o\gamma\phi\phi o\gamma K^+K^-K^0_SK^0_L$, suggests that it would be very difficult to identify the $\eta(2225)$ as the $3 ^1S_0$ $s\bar{s}$ state, and the $\eta(2225)$ seams a good candidate for the $4 ^1S_0$ $s\bar{s}$ state.

연구 동기 및 목표

• BES가 $J/\psi \to \gamma \phi \phi K^+K^-$ 붕괴에서 관측한 $\eta(2225)$ 공명의 성격을 규명하는 것.
• 붕괴 너비 예측을 통해 $\eta(2225)$가 $3^1S_0$ 또는 $4^1S_0$ $s\bar{s}$ 상태로 식별될 수 있는지 평가하는 것.
• $\eta(2225)$의 이론적 예측 너비와 실험적 너비 측정치 간의 일관성을 평가하는 것.
• $^3P_0$ 모형에서 $s\bar{s}$ 상태의 총 너비가 초기 상태 질량에 따라 어떻게 변화하는지 탐구하는 것.

제안 방법

• $3^1S_0$ 및 $4^1S_0$ $s\bar{s}$ 상태의 강한 붕괴 너비를 계산하기 위해 $^3P_0$ 쿼크 모형을 활용하는 것.
• 일정한 $\bar{q}q$ 쿼크-반쿼크 쌍 생성 진폭을 가진 쿼크-반쿼크 쌍 생성 메커니즘을 사용하는 것.
• 초기 상태 질량 범위 2220에서 2400 MeV까지의 함수로서 총 붕괴 너비를 계산하는 것.
• 예측된 너비를 $\eta(2225)$의 실험적 측정 너비인 $(0.19 \pm 0.03^{+0.04}_{-0.06})$ GeV와 비교하는 것.
• $3^1S_0$ 및 $4^1S_0$ 상태의 붕괴 너비가 질량에 따라 어떻게 변화하는지 분석하는 것.
• 이론적 예측이 질량 $2.24^{+0.03+0.03}_{-0.02-0.02}$ GeV에서 BES 관측 결과와 얼마나 일관되는지 평가하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 예측된 붕괴 너비 기반으로 $\eta(2225)$ 공명이 $3^1S_0$ $s\bar{s}$ 상태일 수 있는가?
• RQ2 예측된 붕괴 너비 기반으로 $\eta(2225)$ 공명이 $4^1S_0$ $s\bar{s}$ 상태일 수 있는가?
• RQ3 2.24 GeV 근처의 초기 상태 질량에 따라 $3^1S_0$ 및 $4^1S_0$ $s\bar{s}$ 상태의 예측 총 너비는 어떻게 변하는가?
• RQ4 질량 2.24 GeV에서 $4^1S_0$ $s\bar{s}$ 상태의 이론적 너비는 얼마이며, 실험적 값과 어떻게 비교되는가?
• RQ5 $^3P_0$ 모형이 관측된 $η(2225)$의 너비를 실험적 불확도 범위 내에서 설명할 수 있는가?

주요 결과

• 초기 상태 질량 2.24 GeV에서 $3^1S_0$ $s\bar{s}$ 상태의 예측 총 너비는 438 MeV이다.
• 동일한 질량에서 $4^1S_0$ $s\bar{s}$ 상태의 예측 총 너비는 125 MeV이다.
• 초기 질량이 2220에서 2400 MeV로 증가함에 따라 $4^1S_0$ $s\bar{s}$ 상태의 예측 너비는 100에서 132 MeV로 변한다.
• 동일한 질량 범위에서 $3^1S_0$ $s\bar{s}$ 상태의 예측 너비는 400에서 594 MeV로 변한다.
• 실험적으로 측정된 $η(2225)$의 너비인 $0.19 \pm 0.03^{+0.04}_{-0.06}$ GeV는 $3^1S_0$ $s\bar{s}$ 상태 예측과 부합하지 않는다.
• $\eta(2225)$ 공명은 너비 예측이 일관되므로 $4^1S_0$ $s\bar{s}$ 상태의 좋은 후보로 확인된다.