[논문 리뷰] Improved predictions for magnetic moments and M1 decay widths of heavy hadrons

Vytautas Šimonis|arXiv (Cornell University)|2018. 03. 05.

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions인용 수 14

한 줄 요약

이 논문은 개선된 비대칭 분열 추정과 쿼크 특화 자기모멘트 스케일링을 포함한 확장된 백 모델을 사용하여, 기본 상태의 무거운 하드론의 자기모멘트와 M1 붕괴 폭에 대한 예측을 향상시킨다. 이 모델은 $D^{*0}$, $B^{*0}$, $B_s^{*0}$의 자기모멘트와 삼중 무거운 바리온의 M1 폭에 대한 첫 이론적 추정치를 제공하며, $Ω_{cc}^{*}$의 예측 질량은 $Ω_{cc}^{*}$의 질량은 $3695 \pm 5$ MeV이다.

ABSTRACT

In the framework of an extended bag model the magnetic moments, M1 transition moments, and decay widths of all ground-state heavy hadrons are calculated. For the heavy baryons containing three quarks of different flavors the effect of hyperfine mixing of the states is taken into account. The additional care is taken to get more accurate theoretical estimates for the mass splittings of heavy hadrons. The use of such improved values enables one to provide more accurate predictions for the decay widths. These values of the hyperfine splittings between baryons may be also useful for the further experimental searches of new heavy hadrons. For instance, we predict $M(\\Xi_{cc}^{*})=3695\\pm5$ MeV. The agreement of our results for the M1 decay rates with available experimental data is good. We also present a wide comparison of the predictions obtained in our work with the results obtained using various other approaches.

연구 동기 및 목표

• 기본 상태의 무거운 하드론에 대한 자기모멘트와 M1 붕괴 폭에 대한 이론적 예측을 향상시키기 위해.
• 세 가지 다른 쿼크 품종을 가진 삼중 무거운 바리온에서 상태 혼합 문제를 비대칭 혼합 보정을 통해 다루기 위해.
• 이중 및 삼중 무거운 바리온의 비대칭 분열 추정치를 정밀화하여 붕괴 폭 예측의 정확도를 향상시키기 위해.
• 결합된 모델과 경험적 입력을 사용하여 발견되지 않은 무거운 하드론, 예를 들어 $\Xi_{cc}^{*}$에 대한 신뢰할 수 있는 이론적 추정치를 제공하기 위해.
• 중성 무거운 메손의 자기모멘트와 삼중 무거운 바리온의 M1 붕괴 폭에 대한 첫 이론적 예측을 제공하기 위해.

제안 방법

• 빛과 무거운 쿼크에 대해 각각 자기관측량을 스케일링하는 $C_L$ 및 $C_H$ 파rameter를 사용하여 확장된 백 모델 프레임워크를 사용한다.
• 실험 데이터, 격자 QCD, 쿼크 모델 잠재력의 조합을 통한 반경험적 접근법을 사용하여 비대칭 분열 추정치를 정밀화한다.
• 무거운-가벼운 시스템에서의 일관성 문제를 피하기 위해 쿼크 수준에서 쿼크 중심질량 운동 보정을 통합한다.
• 실험적 M1 붕괴 폭(예: $J/\psi \to \eta_c \gamma$)을 사용하여 무거운 쿼크 스케일링 파rameter $C_H$를 결정한다.
• 세 가지 다른 쿼크 품종을 가진 바리온(예: $\Xi_c$, $\Xi_c'$)에서의 비대칭 혼합을 연립 상태 형식으로 처리한다.
• 붕괴 폭 계산의 불확실성을 줄이기 위해 실험 또는 신뢰할 수 있는 이론적 추정치(예: 격자 QCD, AL1 잠재력 모델)에서 유래한 하드론 질량을 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 백 모델은 어떻게 확장되어 무거운 하드론의 자기모멘트와 M1 붕괴 폭에 대한 예측을 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 세 가지 다른 쿼크 품종을 가진 삼중 무거운 바리온의 자기적 성질에 비대칭 혼합이 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ3 이중 및 삼중 무거운 바리온의 더 정밀한 비대칭 분열 추정치는 붕괴 폭 예측을 어떻게 향상시킬 수 있는가?
• RQ4 중성 무거운 메손($D^{*0}$, $B^{*0}$, $B_s^{*0}$)의 자기모멘트에 대한 첫 이론적 추정치는 무엇인가?
• RQ5 개선된 이론적 입력을 기반으로 $Ω_{cc}^{*}$ 바리온의 예측 질량은 얼마인가?

주요 결과

• $\Xi_{cc}^{*}$ 바리온의 예측 질량은 $3695 \pm 5$ MeV로, 실험적 탐색을 위한 핵심 기준이 된다.
• 이 모델은 중성 무거운 메손 $D^{*0}$, $B^{*0}$, $B_s^{*0}$의 자기모멘트에 대한 첫 이론적 추정치를 제공한다.
• 이 모델은 삼중 무거운 바리온의 M1 붕괴 폭에 대한 첫 이론적 예측을 도출한다: $\Gamma(\Omega_{ccb}^{*+} \to \Omega_{ccb}^{+} \gamma)$ 및 $\Gamma(\Omega_{cbb}^{*0} \to \Omega_{cbb}^{0} \gamma)$.
• 예측된 M1 붕괴 폭과 가용한 실험 데이터 사이의 일치는 양호하여 모델의 예측 능력을 검증한다.
• 코발트 쿼크의 자기모멘트에 대한 불확실성은 약 15%로, 예측의 주요 오차 원천이다.
• 모델의 $\Upsilon \to \eta_b \gamma$ 및 $\Omega_{bbb}^{*-} \to \Omega_{bbb}^{-} \gamma$에 대한 예측은 비상대론적 쿼크 모델 추정치와 일치하여 신뢰성을 뒷받침한다.