[논문 리뷰] Investigation of the $X(5568)$ as a fully open-flavor $su\bar b\bar d$ tetraquark state

Wei Chen, Hua-Xing Chen외 3명|arXiv (Cornell University)|2016. 02. 29.

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 QCD 합 규칙을 사용하여 쿼크 구성이 $su\bar b\bar d$인 완전히 열린 플레이버 테트라쿼크 상태로 $X(5568)$ 메손을 조사한다. 스칼라 ($J^P = 0^+$) 및 액시얼-벡터 ($J^P = 1^+$) 상태에 대한 일관된 증거를 발견하여 테트라쿼크로의 해석을 지지하며, 약 2.55 GeV에서 캐러드 파트너와 방사 붕괴를 통한 중성자 해당체를 예측한다.

ABSTRACT

We investigate the recent evidence for a charged $X(5568)$ meson as an exotic open-flavor tetraquark state $su\bar b\bar d$ with $J^P=0^+/1^+$ in the framework of QCD sum rules. We use the color antisymmetric $[\mathbf{\bar 3_c}]_{su} \otimes [\mathbf{3_c}]_{\bar{b}\bar d}$ tetraquark currents in both scalar and axial-vector channels to perform evaluations and numerical analyses. Our results imply that the $X(5568)$ can be interpreted as both the scalar $su\bar b\bar d$ tetraquark state and the axial-vector one, which are in good agreement with the experimental measurement. We also discuss the possible decay patterns of the $X(5568)$ and suggest to search for its neutral partner in the radiative decay into $B_s^0 \gamma$ and $B_s^* \gamma$, which can be used to determine its spin-parity quantum numbers. Moreover, we predict its charmed partner state around $2.55$ GeV with the quark content $su\bar c\bar d$ and $J^P=0^+/1^+$.

연구 동기 및 목표

• QCD 합 규칙 내에서 $X(5568)$ 공명체가 쿼크 구성이 $su\bar b\bar d$인 완전히 열린 플레이버 테트라쿼크 상태로 해석될 수 있는지 여부를 규명하는 것.
• 테트라쿼크 프레임워크 내에서 $X(5568)$에 대한 스칼라 ($J^P = 0^+$) 및 액시얼-벡터 ($J^P = 1^+$) 양자수의 타당성을 평가하는 것.
• $X(5568)$의 붕괴 패턴을 분석하고, 특히 $B_s^0 \gamma$ 및 $B_s^* \gamma$로의 방사 붕괴를 통한 중성자 해당체를 탐색하는 것.
• 쿼크 구성이 $su\bar c\bar d$이고 $J^P = 0^+/1^+$인 캐러드 파트너 상태의 존재를 예측하는 것.

제안 방법

• 스칼라 및 액시얼-벡터 채널에서 모두 $X(5568)$ 공명체를 분석하기 위해 QCD 합 규칙을 적용하는 것.
• 인터폴레이팅 커펄런스를 구성하기 위해 색-역삼중체 $[\mathbf{\bar 3}_c]_{su} \otimes [\mathbf{3}_c]_{\bar b\bar d}$ 테트라쿼크 전류를 사용하는 것.
• 테트라쿼크 상태의 질량과 극 잔여물에 대한 합 규칙 예측을 수치적으로 평가하는 것.
• 예측된 질량과 잔여물을 실험 데이터와 비교하여 테트라쿼크 해석의 타당성을 검증하는 것.
• 붕괴 진폭 및 분해율을 분석하고, 특히 $B_s^0 \gamma$ 및 $B_s^* \gamma$로의 방사 붕괴에 초점을 맞추는 것.
• 캐러드 영역으로의 외삽을 통해 $J^P = 0^+/1^+$를 가진 $su\bar c\bar d$ 테트라쿼크 상태의 존재를 예측하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 QCD 합 규칙 내에서 $X(5568)$ 공명체가 스칼라 ($J^P = 0^+$) 또는 액시얼-벡터 ($J^P = 1^+$) 상태로 일관되게 기술될 수 있는가?
• RQ2 예측된 $X(5568)$ 붕괴 패턴은 중성자 해당체를 식별하는 데 사용될 수 있는가?
• RQ3 캐러드 파트너 상태가 존재하는가? 그 질량과 양자수는 무엇인가?
• RQ4 $B_s^0 \gamma$ 및 $B_s^* \gamma$로의 방사 붕괴는 $X(5568)$의 스핀-패리티를 규명하는 데 있어 탐사 수 Mittel로 기능할 수 있는가?
• RQ5 스칼라 및 액시얼-벡터 전류에 대한 합 규칙 결과는 실험 데이터와 일관된가?

주요 결과

• 스칼라 ($J^P = 0^+$) 및 액시얼-벡터 ($J^P = 1^+$) 채널 모두에서 $X(5568)$는 일관되게 $su\bar b\bar d$ 테트라쿼크 상태로 기술되며, 실험 측정치와 양호한 일치를 보인다.
• 테트라쿼크 프레임워크 내에서 예측된 $X(5568)$의 질량은 약 5568 MeV에서 관측된 피크와 잘 일치한다.
• 연구는 $B_s^0 \gamma$ 및 $B_s^* \gamma$로의 방사 붕괴를 통해 $X(5568)$의 중성자 해당체를 예측하며, 이는 스핀-패리티 양자수를 규명하는 데 사용될 수 있다.
• 쿼크 구성이 $su\bar c\bar d$이고 $J^P = 0^+/1^+$인 캐러드 파트너 상태는 약 2.55 GeV의 질량에서 존재할 것으로 예측된다.
• 스칼라 및 액시얼-벡터 테트라쿼크 전류 모두가 일관된 결과를 도출하여 $X(5568)$의 테트라쿼크 해석을 지지한다.
• 붕괴 패턴은 향후 실험에서 스핀-패리티 양자수를 확인하기 위해 중성자 $X(5568)$를 방사 붕괴에서 탐색해야 한다는 것을 시사한다.