[논문 리뷰] Production of $P_{cs}(4459)$ from $Ξ_b$ decay

Qi Wu, Dian-Yong Chen외 1명|arXiv (Cornell University)|2021. 03. 09.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 84인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 $\Xi_b \to P_{cs}K$ 붕괴에서 $\bar{D}^{(\text{lat})}_s$ 루프 다이어그램를 통한 $\bar{D}^*\Xi_c$ 분자 상태 시나리오에 따라 새로 관측된 $P_{cs}(4459)^0$ 펜타쿠아르 상태의 생성을 조사한다. 효과적 라그랑지안 접근법을 사용하여 $J^P = 1/2^-$ 및 $3/2^-$ 할당에 대해 $\Xi_b \to P_{cs}K$의 분해율을 약 $10^{-4}$ 수준으로 추정하였으며, $3/2^-$ 대 $1/2^-$의 분해율 비율은 약 10.6로 실험 데이터와 이론적 기대와 일치한다.

ABSTRACT

Inspired by the $P_{cs}(4459)$ reported by the LHCb collaboration recently, we investigate the $P_{cs}(4459)$ production from $Ξ_b$ decay in a molecular scenario using an effective Lagrangian approach. With different $J^P$ assignments to $P_{cs}(4459)$, the magnitude of branching fractions of $Ξ_b o P_{cs}(4459) K$ is estimated, which is of the order of $10^{-4}$. Together with the decay properties of $P_{cs}(4459)$, the present estimations could be further testified by precise measurements and contribute to a better understanding of the molecular interpretations and the exploration of $J^P$ quantum numbers of $P_{cs}(4459)$.

연구 동기 및 목표

• 분자 상태 가설 내에서 $\Xi_b$ 붕괴에서 $P_{cs}(4459)^0$ 펜타쿠아르 상태의 생성 메커니즘을 조사하기 위해.
• $J^P = 1/2^-$ 및 $3/2^-$ 할당에 따라 $\Xi_b \to P_{cs}(4459)^0 K$ 붕괴의 분해율을 결정하기 위해.
• 효과적 라그랑지안 기법을 사용하여 $P_{cs}(4459)^0$의 분자 해석을 시험하고 실험 데이터와 예측을 비교하기 위해.
• 관측된 비율과 일치하는 $P_{cs}(4459)^0 \to J/\psi\Lambda$ 붕괴 분해율에 대한 정량적 추정을 제공하기 위해.

제안 방법

• 하드론 수준에서 $\Xi_b \to P_{cs}K$ 붕괴를 모델링하기 위해 효과적 라그랑지안 접근법을 채택하기 위해.
• $\Xi_c\bar{D}^*$ 임계값에 가까운 위치를 바탕으로 $P_{cs}(4459)^0$를 $J^P = 1/2^-$ 또는 $3/2^-$로 가진 $\bar{D}^*\Xi_c$ 분자 상태로 간주하기 위해.
• $\Xi_b \to \Xi_c \bar{D}_s^{(*)}$ 이후 $\bar{D}_s^{(*)} \to \bar{D}^* + K^-$로 이어지는 주요 생성 진폭을 모델링하여 분자 상태를 형성하기 위해.
• 쿼크 수준 전이 진폭과 하드론 루프 다이어그램을 사용하여 붕괴 폭을 계산하고, SU(3) flavor 대칭성과 스핀 구조를 통합하기 위해.
• 효과적 라그랑지안을 적용하여 행렬 원소를 계산하고, 위상 공간에 대해 통합하여 분해율을 도출하기 위해.
• 추정된 분해율을 LHCb의 실험 측정치와 문헌에 있는 이론적 추정치와 비교하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 $P_{cs}(4459)^0$의 분자 상태 가설 하에서 $\Xi_b \to P_{cs}(4459)^0 K$ 붕괴의 기대 분해율은 무엇인가요?
• RQ2 $P_{cs}(4459)^0$의 $J^P$ 양자수 할당에 따라 분해율은 어떻게 달라지나요?
• RQ3 추정된 $P_{cs}(4459)^0 \to J/\psi\Lambda$ 붕괴 분해율은 실험 데이터와 일치합니까?
• RQ4 효과적 라그랑지안 접근법은 불확도 범위 내에서 관측된 $\Xi_b \to J/\psi\Lambda K$ 비율을 재현할 수 있나요?
• RQ5 $J^P = 3/2^-$ 대 $1/2^-$ 할당에 대한 분해율 비율은 얼마이며, 모델 파rameter에 대해 안정적인가요?

주요 결과

• $J^P = 1/2^-$ 및 $3/2^-$ 할당에 대해 $\Xi_b \to P_{cs}(4459)^0 K$ 붕괴의 분해율은 모두 약 $10^{-4}$ 수준으로 추정된다.
• $J^P = 3/2^-$ 대 $1/2^-$의 분해율 비율은 약 10.6이며, 이 비율은 모델 파rameter에 거의 영향을 받지 않는다.
• $\Xi_b \to P_{cs}(4459)^0 K \to J/\psi\Lambda K$의 추정된 분해율은 $6.25^{+5.98}_{-4.98} \times 10^{-6}$이며, 실험 측정치와 일치한다.
• $J^P$에 따라 $P_{cs}(4459)^0 \to J/\psi\Lambda$ 붕괴 분해율은 약 $10^{-2}$에서 $10^{-1}$ 수준으로 추정되며, 이는 이전의 이론적 추정과 일치한다.
• 결과는 $P_{cs}(4459)^0$가 $\bar{D}^*\Xi_c$ 결합 상태로 분자 해석을 지지하며, 더 높은 분해율 때문에 $J^P = 3/2^-$ 할당이 특히 유리하다.