[논문 리뷰] Hidden-charm pentaquark states through the current algebra: From their productions to decays

Hua-Xing Chen|arXiv (Cornell University)|2020. 11. 14.

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions참고 문헌 84인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 QCD 합 규칙과 전류 대수를 사용하여 은폐-charm 펜타쿼크 상태를 $ύb^{(*)}\Sigma_{c}^{(*)}$ 강입자 분자로 조사한다. 상호작용 전류를 구성하고 질량과 붕괴 상수를 계산하며, $λ_b^0$ 붕괴 및 $J/\psi p$ 붕괴 채널에서의 상대적 생성 확률를 예측한다. 연구 결과, $J^P = 1/2^-$ 및 $3/2^-$를 가진 $\bar{D}^*\Sigma_c^*$ 상태는 향후 실험 관측에 유망한 후보로 나타났다.

ABSTRACT

There may exist seven $\bar D^{(*)} Σ_c^{(*)}$ hadronic molecular states. We construct their corresponding interpolating currents, and calculate their masses and decay constants using QCD sum rules. Based on these results, we calculate their relative production rates in $Λ_b^0$ decays through the current algebra, i.e., $\mathcal{B}(Λ_b^0 o P_c K^-):\mathcal{B}(Λ_b^0 o P_c^\prime K^-)$ with $P_c$ and $P_c^\prime$ two different states. We also study their decay properties through the Fierz rearrangement, and further calculate these ratios in the $J/ψp$ mass spectrum, i.e., $\mathcal{B}(Λ_b^0 o P_c K^- o J/ψp K^-):\mathcal{B}(Λ_b^0 o P_c^\prime K^- o J/ψp K^-)$. Our results suggest that the $\bar D^{*} Σ_c^{*}$ molecular states of $J^P = 1/2^-$ and $3/2^-$ are possible to be observed in future experiments.

연구 동기 및 목표

• 일곱 가지 가능한 $\bar{D}^{(*)}\Sigma_c^{(*)}$ 은폐-charm 펜타쿼크 상태에 대해 상호작용 전류를 체계적으로 구성하기.
• 현재 대수 프레임워크 내에서 QCD 합 규칙을 사용하여 질량과 붕괴 상수를 계산하기.
• 이 상태들의 상대적 생성 확률를 $\Lambda_b^0 \to P_c K^-$ 붕괴에서 예측하기.
• Fierz 재배열을 통한 분석을 통해 붕괴 성질을 분석하고 $J/\psi p$ 질량 스펙트럼에서 분해율 비율을 예측하기.

제안 방법

• $J^P = 1/2^-, 3/2^-, 5/2^-$와 같은 모든 가능한 양자수를 가진 $\bar{D}^{(*)}\Sigma_c^{(*)}$ 분자 상태에 대해 상호작용 전류를 구성하기.
• 두점 상관함수로부터 질량과 붕괴 상수를 QCD 합 규칙을 적용하여 계산하기.
• 현재 대수를 사용하여 상호작용 전류의 행렬 원소를 $\Lambda_b^0$ 붕괴의 생성 진폭과 연결하기.
• 현재-현재 상호작용의 Fierz 재배열을 수행하여 $J/\psi p$, $\eta_c p$, 기타 최종 상태로의 붕괴 진폭을 분석하기.
• 상대적 분해율 비율인 $\mathcal{R}_1 = \mathcal{B}(\Lambda_b^0 \to P_c K^-) / \mathcal{B}(\Lambda_b^0 \to P_c' K^-)$ 및 $\mathcal{R}_2 = \mathcal{B}(\Lambda_b^0 \to P_c K^- \to J/\psi p K^-) / \mathcal{B}(\Lambda_b^0 \to P_c' K^- \to J/\psi p K^-)$ 계산하기.
• LHCb의 $P_c(4312)^+$, $P_c(4440)^+$, $P_c(4457)^+$에 대한 데이터와 이론 예측을 비교하여 일관성 평가하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 $\Lambda_b^0$ 붕괴에서 가장 많이 생성되는 $\bar{D}^{(*)}\Sigma_c^{(*)}$ 분자 상태는 무엇이며, 그 상대적 생성 확률는 어떻게 되는가?
• RQ2 $P_c(4312)^+$, $P_c(4440)^+$, $P_c(4457)^+$에 대한 LHCb 측정치와 비교했을 때, 예측된 $J/\psi p$ 붕괴 분해율 비율은 어떻게 되는가?
• RQ3 $J^P = 1/2^-$ 및 $3/2^-$를 가진 $\bar{D}^*\Sigma_c^*$ 분자 상태는 $J/\psi p$ 스펙트럼에서 관측된 좁은 구조를 설명할 수 있는가?
• RQ4 현재 대수와 Fierz 재배열이 $J/\psi p$ 최종 상태에 대한 다양한 펜타쿼크 상태 기여도를 결정하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 $P_c(4440)^+$ 및 $P_c(4457)^+$에 대해 다른 양자수 할당을 고려할 경우 예측의 탄력성은 어떻게 되는가?

주요 결과

• $J^P = 1/2^-$인 $\bar{D}^*\Sigma_c^*$ 분자 상태는 $\Lambda_b^0 \to P_c K^-$ 붕괴에서 상대적 생성 확률 $\mathcal{R}_1 \approx 1.2$로 예측되어 상당한 생성을 보임을 나타낸다.
• $J^P = 3/2^-$인 $\bar{D}^*\Sigma_c^*$ 상태는 $\mathcal{R}_1 = 1.0$로 예측되어 $J/\psi p$ 최종 상태에 주요 기여를 한다고 나타남.
• $J^P = 3/2^-$인 $\bar{D}^*\Sigma_c^*$ 상태에 대한 상대적 분해율 비율 $\mathcal{R}_2$는 $\mathbf{1.0}$로 예측되어 LHCb 관측과 일치하며 $P_c(4457)^+$가 $J/\psi p 피크를 지배함을 뒷받침한다.
• $J^P = 1/2^-$인 $\bar{D}^*\Sigma_c^*$ 상태에 대한 $\mathcal{R}_2$는 약 $0.28$로 예측되어 $P_c(4440)^+$가 $J/\psi p$ 스펙트럼에서 작은 기여를 한다는 것과 일치한다.
• $J^P = 3/2^-$인 $\bar{D}\Sigma_c^*$ 상태는 매우 작은 붕괴 폭을 가지며 $\mathcal{R}_1 \approx 0.70$로 예측되어 $J/\psi p$ 최종 상태와의 결합이 약하다는 것을 나타낸다.
• 연구는 $\bar{D}^*\Sigma_c^*$ 상태 중 $J^P = 1/2^-$ 및 $3/2^-$를 가진 상태가 향후 실험 관측에 가장 유망한 후보로 결론 내린다.