[논문 리뷰] Reactions gamma gamma -> pi pi and gamma gamma -> K \bar K: the (IJ^{PC}=00^{++})-wave spectra at E_{gamma gamma}^{(c.m.)} = 300- 1900 MeV

A. V. Anisovich, V.V. Anisovich|arXiv (Cornell University)|1999. 06. 22.

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions참고 문헌 9인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 $K$-행렬 분석을 통해 $00^{++}$ 진폭을 분석하고, $f_0(q\bar{q}) \to \gamma\gamma$ 붕괴 진폭을 계산하는 데 사용된 새로운 방법을 활용하여 $\gamma\gamma \to \pi\pi$ 및 $\gamma\gamma \to K\bar{K}$ 과정에서의 $00^{++}$-파 두 메손 스펙트럼을 계산한다. 주요 발견은 $f_0(980)$과 $f_0(1500)$이 $\pi^+\pi^-$ 및 $\pi^0\pi^0$ 스펙트럼에서 골짜기로 나타나며, 이는 $\gamma\gamma$ 전이에서 스칼라 이so스칼라 성격을 나타낸다.

ABSTRACT

We calculate the $00^{++}$-wave two-meson spectra for the reactions $\gamma\gamma o\pi^0\pi^0$, $\gamma\gamma o\pi^+\pi^-$, $\gamma\gamma o K^0\bar K^0$ and $\gamma\gamma o K^+ K^-$ on the basis of: (i) the results of the $K$-matrix analysis of the $00^{++}$ amplitudes for the reactions $\pi\pi o \pi\pi$, $K\bar K$, $\eta\eta$, $\eta\eta'$, $\pi\pi\pi\pi $, and (ii) recently developed method for calculation of the decay amplitudes $f_0(1^3P_0q\bar q) o \gamma\gamma$, $f_0(2^3P_0q\bar q) o \gamma\gamma$. The reconstructed $\pi\pi $ and $K\bar K$ spectra can be used as a guide for the extraction of partial widths of scalar/isoscalar resonances $f_0(980) o \gamma\gamma$, $f_0(1300) o \gamma\gamma$, $f_0(1500) o \gamma\gamma$, $f_0(1750) o \gamma\gamma$. As follows from our calculations, the resonances $f_0(980)$ and $f_0(1500)$ in the $\pi^+\pi^-$ and $\pi^0\pi^0$ spectra reveal themselves as dips.

연구 동기 및 목표

• 반응 $\gamma\gamma \to \pi^+\pi^-$, $\gamma\gamma \to \pi^0\pi^0$, $\gamma\gamma \to K^0\bar{K}^0$, $\gamma\gamma \to K^+K^-$ 에서의 $00^{++}$-파 두 메손 스펙트럼을 결정하는 것.
• $\gamma\gamma$ 붕괴에서 스칼라 이소스칼라 공명체 $f_0(980)$, $f_0(1300)$, $f_0(1500)$, $f_0(1750)$의 부분 폭을 추출하기 위한 이론적 안내를 제공하는 것.
• $f_0(980)$과 $f_0(1500)$ 공명체가 $\gamma\gamma$ 붕괴 거동을 통해 $\pi\pi$ 스펙트럼에서 어떻게 관측 가능한지 조사하는 것.

제안 방법

• $\pi\pi$, $K\bar{K}$, $\eta\eta$, $\eta\eta'$, $\pi\pi\pi\pi$ 최종 상태로부터의 $00^{++}$ 진폭에 대한 $K$-행렬 분석을 통해 $00^{++}$-파 진폭을 모델링하는 것.
• 스칼라 공명체 $f_0(n^3P_0 q\bar{q}) \to \gamma\gamma$의 붕괴 진폭을 계산하기 위해 최근 개발된 방법을 적용하는 것 (여기서 $n=1,2$).
• $K$-행렬 진폭과 $f_0 \to \gamma\gamma$ 붕괴 진폭을 조합하여 $\gamma\gamma \to \pi\pi$ 및 $\gamma\gamma \to K\bar{K}$ 스펙트럼을 구성하는 것.
• $\pi\pi$, $K\bar{K}$ 및 기타 메손 산란 데이터와의 일致성을 확보하기 위해 단위성과 연성 채널 분석을 수행하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 $\gamma\gamma \to \pi^+\pi^-$ 및 $\gamma\gamma \to \pi^0\pi^0$ 스펙트럼에서 $300-1900$ MeV 중심질량 에너지 범위 내에서 $f_0(980)$과 $f_0(1500)$ 공명체는 어떻게 나타나는가?
• RQ2 $K$-행렬 형식은 $\pi\pi$ 및 $K\bar{K}$ 최종 상태의 $00^{++}$-파 역학을 기술하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 $f_0(980)$과 $f_0(1500)$은 왜 $\pi\pi$ 스펙트럼에서 피크가 아니라 골짜기로 나타나는가?
• RQ4 $f_0 \to \gamma\gamma$ 붕괴 진폭은 재구성된 $\gamma\gamma \to \pi\pi$ 및 $\gamma\gamma \to K\bar{K}$ 스펙트럼에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• $K$-행렬과 $f_0 \to \gamma\gamma$ 붕괴 진폭을 기반으로 재구성된 $\pi^+\pi^-$ 및 $\pi^0\pi^0$ 스펙트럼은 $f_0(980)$과 $f_0(1500)$의 질량에서 명확한 골짜기를 보인다.
• $f_0(980)$ 공명체는 $\pi^+\pi^-$ 및 $\pi^0\pi^0$ 스펙트럼 양쪽 모두에서 골짜기로 나타나며, 이는 그 $\gamma\gamma$ 붕괴 폭이 억제됨을 시사한다.
• $f_0(1500)$ 공명체도 $\pi^+\pi^-$ 및 $\pi^0\pi^0$ 스펙트럼에서 골짜기로 나타나며, 이는 그 광자와의 결합이 유사하게 억제됨을 시사한다.
• 재구성된 $K\bar{K}$ 스펙트럼은 $f_0(1300)$과 $f_0(1750)$의 $\gamma\gamma$ 붕괴에서 부분 폭을 추출하기 위한 가이드를 제공한다.
• 결과는 $f_0(980)$과 $f_0(1500)$이 $\gamma\gamma \to \pi\pi$에서 두드러진 피크로 나타나지 않고, 간섭 또는 억제된 결합으로 인해 골짜기로 나타남을 시사한다.