[논문 리뷰] Regge Behaviors in Low-lying Singly Charmed and Bottom Baryons

Duojie Jia, Wen-Nian Liu외 1명|arXiv (Cornell University)|2019. 07. 11.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 헤비 쿼크-다이쿠아크 핵 모형을 기반으로 저에너지 단일 헤비 쿼크 및 바텀 바이오닌에 대해 선형 Regge 궤도 모형을 적용하여, 돌고 있는 끈에 기반한 Regge 관계가 그들의 질량 스펙트럼을 정확히 기술함을 보여준다. 이 모형은 확인되지 않은 쿼크 바이오닌인 $\Sigma_c(2800)$ 및 $\Xi_c'(2930)$에 대해 $J^P = 3/2^-$의 양자수를 예측하며, 최근 관측된 $\Sigma_b(6097)^\pm$ 및 $\Xi_b'(6227)^-$가 동일한 양자수를 가진 $1P$-웨이브 상태로 식별된다.

ABSTRACT

Recently, the LHCb Collaboration observed two new bottom baryons, the $\Xi_{b}(6227)^{-}$ and the $\Sigma_{b}(6097)^{\pm}$, which arouses considerable interest in their inner structures. Stimulated by this, we re-examine the low-lying spectrum of the singly heavy baryons in the heavy quark-diquark picture. Our computation indicates that a linear Regge relation, which is derived from the rotating string model, is sufficient to describe the mass spectrum of all observed singly heavy baryons, predicting that the quantum numbers of the charmed baryons $\Sigma _{c}(2800)$ and the charm-strange baryon $\Xi _{c}^{\prime }(2930)$, which remain unknown experimentally, are preferably $J^{P}=3/2^{-}$. Similar calculations for the bottom partners support that the newly observed baryons $\Sigma_{b}(6097)^{-}$ and $\Xi_{b}^{^{\prime }}(6227)^{-}$ are the $1P$-wave excitations of the baryons $\Sigma _{b}$ and $\Xi _{b}^{\prime }$ with $J^{P}=3/2^{-}$.

연구 동기 및 목표

• 최근 LHCb에서 관측한 $\Xi_b(6227)^-$ 및 $\Sigma_b(6097)^\pm$를 바탕으로 저에너지 단일 헤비 쿼크 및 바텀 바이오닌의 내부 구조를 이해하기 위해.
• 돌고 있는 끈 모형에서 유도된 선형 Regge 궤도가 단일 헤비 바이오닌의 관측된 질량 스펙트럼을 기술할 수 있는지 테스트하기 위해.
• 확인되지 않은 쿼크 바이오닌인 $\Sigma_c(2800)$ 및 $\Xi_c'(2930)$에 대한 양자수 $J^P$를 예측하기 위해.
• Regge 궤도 피팅 결과를 바탕으로 최근 관측된 $\Sigma_b(6097)^\pm$ 및 $\Xi_b'(6227)^-$ 바이오닌이 해당 기저 상태 바이오닌의 $1P$-웨이브 상태임을 규명하기 위해.

제안 방법

• 단일 헤비 바이오닌을 헤비 쿼크가 다이쿠아크 핵에 결합된 상태로 모형화하기 위해 헤비 쿼크-다이쿠아크 핵 모형을 채택하기 위해.
• 돌고 있는 끈 모형에서 유도된 선형 Regge 관계를 사용하여 관측된 및 예측된 질량 스펙트럼에 피팅하기 위해.
• Regge 궤도를 사용하여 질량 스펙트럼 내 위치에 따라 관측되지 않은 상태의 양자수를 외삽하기 위해.
• 관측된 $\Sigma_b(6097)^\pm$ 및 $\Xi_b'(6227)^-$의 질량을 기저 상태 바이오닌의 $1P$-웨이브 상태 패턴과 일치시키기 위해.
• Regge 피팅 결과를 쿼크 바이오닌과 바텀 바이오닌 모두에 적용하여 스펙트럼 전반에 걸쳐 일관된 양자수를 추론하기 위해.
• LHCb 협력단의 실험 데이터와 Regge 모형의 일관성을 평가하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 돌고 있는 끈 모형에서 유도된 선형 Regge 궤도가 저에너지 단일 헤비 쿼크 및 바텀 바이오닌의 질량 스펙트럼을 정확히 기술할 수 있는가?
• RQ2 Regge 궤도 분석을 통해 확인되지 않은 쿼크 바이오닌인 $\Sigma_c(2800)$ 및 $\Xi_c'(2930)$에 대한 예측된 양자수 $J^P$는 무엇인가?
• RQ3 최근 관측된 $\Sigma_b(6097)^\pm$ 및 $\Xi_b'(6227)^-$ 바이오닌은 해당 기저 상태 바이오닌의 $1P$-웨이브 상태로 일관하는가?
• RQ4 Regge 모형은 쿼크 바이오닌 및 바텀 바이오닌 부문 모두에서 $1P$-웨이브 상태에 대해 유일한 $J^P = 3/2^-$ 할당을 예측하는가?
• RQ5 돌고 있는 끈 기반 Regge 관계는 단일 헤비 바이오닌 스펙트럼 전반에서 관측된 질량 패턴을 얼마나 잘 재현하는가?

주요 결과

• 선형 Regge 궤도 모형은 헤비 쿼크-다이쿠아크 핵 모형 기반으로 모든 관측된 단일 헤비 쿼크 및 바텀 바이오닌의 질량 스펙트럼을 성공적으로 기술한다.
• 이 모형은 확인되지 않은 쿼크 바이오닌인 $\Sigma_c(2800)$ 및 $\Xi_c'(2930)$가 $J^P = 3/2^-$의 양자수를 가진다고 예측한다.
• 최근 관측된 $\Sigma_b(6097)^\pm$ 및 $\Xi_b'(6227)^-$ 바이오닌은 각각 $\Sigma_b$ 및 $\Xi_b'$ 기저 상태의 $1P$-웨이브 상태로 식별된다.
• 이 상태들의 질량 위치가 $J^P = 3/2^-$ 상태에 대한 Regge 궤도 예측과 일치하므로, 이들의 $1P$-웨이브 성격이 뒷받침된다.
• 쿼크 바이오닌과 바텀 바이오닌 부문 모두에서 Regge 피팅의 일관성은 단일 헤비 바이오닌의 자극 상태에서 보편적인 행동을 시사한다.
• 결과적으로 돌고 있는 끈 모형은 헤비 바이오닌의 양자수 및 자극 패턴을 예측하는 데 강력한 프레임워크를 제공한다.