[논문 리뷰] Explanation of the newly obseaved $Z_{cs}^-(3985)$ as a $D_s^{(*)-}D^{(*)0}$ molecular state

Zhi-Feng Sun, C. W. Xiao|arXiv (Cornell University)|2020. 11. 18.

Advanced Chemical Physics Studies인용 수 16

한 줄 요약

이 논문은 BESIII에서 최신로 관측된 $Z_{cs}^{-}(3985)$ 공명이 $D_s^{*} \bar{D}^{*}$로 구성된 느슨한 결합 분자 상태임을 제안하며, $D_s^{+} \bar{D}^{*}$ 및 $D_s^{*} \bar{D}$ 채널의 상당한 기여를 포함한다. 카이랄 대칭성과 숨겨진 국부 대칭성에 기반한 라그랑지안을 사용하여 효과적 포텐셜을 계산하고, 비틀림-보조 방정식의 연립 채널 해법을 수행하며, 비틀림-보조 방정식의 온쉘프 근사를 통해, 실험적 질량과 너비와 일치하는 $3982.34 - i0.53$ MeV에 다이아몬드 극을 발견한다.

ABSTRACT

Inspired by the newly observed $Z_{cs}^-(3985)$ by BESIII collaboration, we study the structure of this particle in the picture of $D_s^{(*)-}D^{(*)0}$ molecular state. Firstly we systematically construct the Lagrangians which describing the interaction of charmed mesons, taking into account the chiral and hidden local symmetries. With the obtained effective potentials from the Lagrangians constructed, we solve the coupled channel Bethe-Salpeter equation with the on-shell approximation. On the third Reimann sheet, a pole position of around $3982.34-i0.53$ MeV is obtained, which can be associated to the $Z_{cs}^-(3985)$ and explained as a loose bound state of $D_s^*\bar{D}^*$.

연구 동기 및 목표

• BESIII에서 보고한 최신의 $Z_{cs}^{-}(3985)$ 공명의 성격을 조사하기 위해.
• 이 상태가 특별히 $D_s^{(*)-}D^{(*)0}$ 캐러드 메손의 분자 결합 상태로 해석될 수 있는지 확인하기 위해.
• 연립 채널($D_s^{+}\bar{D}^{*}$, $D_s^{*}\bar{D}$, $D_s^{*}\bar{D}^{*}$)이 공명을 생성하는 데 미치는 역할을 연구하기 위해.
• 운동량 공간 截斷 및 접촉항 계수의 부호 변화에 따른 결과의 안정성 평가를 위해.

제안 방법

• 카이랄 대칭성과 숨겨진 국부 대칭성에 기반한 효과적 라그랑지안을 구성하여, 캐러드 메손과 경량 메손 간의 상호작용을 기술하기 위해.
• 부분파 해상도를 통해 효과적 포텐셜을 유도하고, 네체계 상호작용을 위한 접촉항을 포함하기 위해.
• 채널 간의 동적 결합을 고려하기 위해 온쉘프 인자화를 사용한 연립 채널 비틀림-보조 방정식을 해결하기 위해.
• 세 번째 리만 시트에서의 수치적 분석을 수행하여 공명에 해당하는 극을 찾기 위해.
• 운동량 截斷 $q_{\text{max}}$를 900에서 1300 MeV로 변화시켜 극 위치의 안정성 테스트를 수행하기 위해.
• 접촉항 계수 $\bar{d}$의 부호 변화에 대한 민감도를 시험하여 극 위치에 미치는 영향이 미미함을 보여주기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 관측된 $Z_{cs}^{-}(3985)$ 공명은 $D_s^{(*)-}D^{(*)0}$ 메손의 분자 상태로 설명될 수 있는가?
• RQ2 특히 $D_s^{+}\bar{D}^{*}$ 및 $D_s^{*}\bar{D}$ 채널이 $Z_{cs}^{-}(3985)$ 상태를 생성하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 운동량 공간 截斷 변화에 따라 예측된 극 위치가 얼마나 안정한가?
• RQ4 결과는 접촉항 계수 $\bar{d}$의 부호 변화에 민감한가?
• RQ5 $D_s^{*}\bar{D}^{*}$ 채널만으로도 결합 상태를 형성할 수 있는가, 아니면 연립 채널 동역학이 필수적인가?

주요 결과

• 운동량 截斷 $q_{\text{max}} = 1000$ MeV일 때, 세 번째 리만 시트에서 $3982.34 - i0.53$ MeV에 극이 발견되었으며, 이는 $Z_{cs}^{-}(3985)$의 실험적 질량과 너비와 일치한다.
• 운동량 截斷를 900에서 1300 MeV로 변화시킬 경우, 극의 실수부는 4 MeV 미만, 허수부는 0.3 MeV 이하로 변화하여 결과의 안정성이 높음을 나타낸다.
• $D_s^{*}\bar{D}^{*}$ 채널만으로는 결합 상태를 형성할 수 없으며, $D_s^{+}\bar{D}^{*}$ 및 $D_s^{*}\bar{D}$ 채널의 연립 채널 효과가 공명 생성에 필수적이다.
• 접촉항 계수 $\bar{d}$의 부호를 반전하더라도 극 위치는 안정적으로 유지되며, 극 위치에 미치는 영향은 미미하다.
• 이 상태는 $D_s^{*}\bar{D}^{*}$의 느슨한 결합 상태로 식별되며, $D_s^{+}\bar{D}^{*}$ 및 $D_s^{*}\bar{D}$ 성분이 상당히 포함되어 있으며, $a_0(980)$의 구조와 유사하다.
• 이론적 예측은 BESIII 데이터와 일치한다: $m = 3982.5^{+1.8}_{-2.6} \pm 2.1$ MeV 및 $\Gamma = 12.8^{+5.3}_{-4.4} \pm 3.0$ MeV.