[논문 리뷰] Mass spectra and Regge trajectories of $\Lambda_{c}^{+}$, $\Sigma_{c}^{0}$, $\Xi_{c}^{0}$ and $\Omega_{c}^{0}$ Baryons

Zalak Shah, Kaushal Thakkar외 2명|arXiv (Cornell University)|2016. 09. 26.

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions참고 문헌 2인용 수 39

한 줄 요약

이 연구는 하이퍼중심 구조 쿼크 모델(hCQM)을 사용하여 단일으로 쿼크가 들어간 바리온($\Lambda_c^+$, $\Sigma_c^0$, $\Xi_c^0$, $\Omega_c^0$)의 질량 스펙트럼과 레지오 트랙토리(Regge trajectories)를 계산한다. 이 모델은 하이퍼컬러 쿠론 상호작용과 선형 포텐셜을 포함하며, 스핀에 의존하는 상호작용도 포함한다. 결과는 실험 데이터와 양자강성역학(QCD) 격자계산과 잘 일치하며, 이론적으로 자화모멘트, 복사전이, 붕괴 폭을 성공적으로 예측한다.

ABSTRACT

We calculate the mass spectra of the singly charmed baryons ($\Lambda_{c}^{+}$, $\Sigma_{c}^{0}$, $\Xi_{c}^{0}$ and $\Omega_{c}^{0}$) using Hypercentral constituent quark model(hCQM). The hyper color coloumb plus linear potential is used to calculate the masses of positive(upto $J^{p}=\frac{7}{2}^{+}$) and negative parity(upto $J^{p}=\frac{9}{2}^{-}$) excited states. The spin-spin, spin-orbital and tensor interaction terms are also incorporated for mass spectra. We have compared our results with other theoretical predictions and Lattice QCD for each baryons. Moreover, the known experimental results are also reasonably closed to our predicted masses. By using the radial and orbital excitation, we construct Regge trajectories for the baryons in (n,$M^{2}$) plane and find their slopes and intercepts. The other properties like, magnetic moments, radiative transitions and radiative decay widths of these baryons are also calculated successfully.

연구 동기 및 목표

• 단일으로 쿼크가 들어간 바리온의 질량 스펙트럼을 계산하기 위한 이론적 프레임워크를 개발하는 것.
• 레지오 트랙토리(Regge trajectories)를 통해 이 바리온들의 진동 및 궤도 상태의 고립 상태를 (n, M²) 평면에서 연구하는 것.
• 이론적 예측을 실험 데이터와 격자 QCD 시뮬레이션과 비교하는 것.
• 연구된 바리온들의 자화모멘트, 복사전이, 복사 붕괴 폭을 계산하는 것.
• 이론적 모델이 $J^p = \frac{9}{2}^-$까지의 Excited 상태를 기술하는 데 성공적으로 적용되었는지 검증하는 것.

제안 방법

• 세 쿼크가 봉인된 포텐셜 내에서 바리온 시스템을 기술하기 위해 하이퍼중심 구조 쿼크 모델(hCQM)을 사용하는 것.
• 바리온 내의 쿼크-쿼크 상호작용을 기술하기 위해 하이퍼컬러 쿠론 상호작용과 선형 포텐셜을 사용하는 것.
• 질량 스펙트럼 계산의 정밀도를 높이기 위해 스핀-스핀, 스핀-오비탈, 텐서 상호작용 항을 포함하는 것.
• 양성자 성질의 경우 $J^p = \frac{7}{2}^+$까지, 음성자 성질의 경우 $J^p = \frac{9}{2}^-$까지의 진동 및 궤도 상태를 계산하는 것.
• 각 바리온 가족의 기울기와 절편을 추출하기 위해 (n, M²) 평면에서 레지오 트랙토리를 구성하는 것.
• 동일한 이론적 프레임워크를 사용하여 자화모멘트, 복사전이, 복사 붕괴 폭을 계산하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 질량 스펙트럼이 $J^p = \frac{9}{2}^-$까지 예측되는 $\Lambda_c^+$, $\Sigma_c^0$, $\Xi_c^0$, $\Omega_c^0$ 바리온은 무엇인가요?
• RQ2 이 쿼크 바리온들의 레지오 트랙토리가 (n, M²) 평면에서 어떻게 행동하며, 기울기와 절편은 각각 얼마인가요?
• RQ3 이론적 예측의 질량이 실험 데이터와 격자 QCD 결과와 얼마나 일치합니까?
• RQ4 이 모델이 이 바리온들의 자화모멘트와 복사 붕괴 폭을 얼마나 정확하게 예측할 수 있나요?
• RQ5 스핀에 의존하는 상호작용은 이 들뜬 바리온 상태의 질량 스펙트럼 정밀도를 높이는 데 어떤 역할을 합니까?

주요 결과

• 모든 네 종류의 단일 쿼크 바리온에 대한 계산된 질량 스펙트럼이 알려진 실험 데이터와 격자 QCD 결과와 잘 일치한다.
• 각 바리온 가족에 대해 (n, M²) 평면에서 레지오 트랙토리가 성공적으로 구성되었으며, 각 가족에 대해 고유한 기울기와 절편을 얻었다.
• 스핀-스핀, 스핀-오비탈, 텐서 상호작용 항의 포함이 질량 스펙트럼 예측의 정확도를 크게 향상시켰다.
• 자화모멘트, 복사전이, 복사 붕괴 폭이 일관되고 물리적으로 타당한 결과로 계산되었다.
• 이 모델은 $J^p = \frac{9}{2}^-$까지의 양성자 및 음성자 들뜬 상태를 성공적으로 기술하였다.
• 하이퍼중심 포텐셜 모델은 기저 상태를 초월한 들뜬 쿼크 바리온을 연구하는 데 신뢰할 수 있는 프레임워크를 제공한다.