[논문 리뷰] Resolving the SELEX--LHCb Double-Charm Baryon Conflict: The Impact of Intrinsic Heavy-Quark Hadroproduction and Supersymmetric Light-Front Holographic QCD

Stanley J. Brodsky, Groote, S.외 1명|OSTI OAI (U.S. Department of Energy Office of Scientific and Technical Information)|2017. 09. 28.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 프로톤 파동함수 내의 내재된 무거운 쿼크 푸아프 상태가 대형 $x_F$ 에서의 하드로생산을 가능하게 하여, SELEX와 LHCb의 이중-중성자 바리온 측정치 사이의 명백한 모순을 해결한다. 이는 SELEX가 $3520\,\text{MeV}/c^2$ 상태를 관측한 것과 LHCb가 더 무거운 $3621.4\,\text{MeV}/c^2$ 상태를 검출한 것을 각기 다른 디쿼크 구조로 설명한다. 초대칭 라이트-프론트 히알로지컬 QCD는 이 스펙트로스코피를 지지하며, 질량 차이는 스핀에 의존하는 디쿼크 구조에 기인한다.

ABSTRACT

In this paper we show that the intrinsic heavy-quark QCD mechanism for the hadroproduction of heavy hadrons at large $x_F$ can resolve the apparent conflict between measurements of double-charm baryons by the SELEX fixed-target experiment and the LHCb experiment at the LHC collider. We show that both experiments are compatible, and that both results can be correct. The observed spectroscopy of double-charm hadrons is in agreement with the predictions of supersymmetric light front holographic QCD.

연구 동기 및 목표

• 고 $x_F$ 에서의 SELEX의 $3520\,\text{MeV}/c^2$ 이중-중성자 바리온 관측과 저 $x_F$ 에서의 LHCb의 $3621.4\,\text{MeV}/c^2$ 상태 검출 간의 모순을 해소한다.
• 프로톤 파동함수 내의 내재된 중성자 쿼크 푸아프 상태인 $|uudc\bar{c}\rangle$ 와 $|uudc\bar{c}c\bar{c}\rangle$ 가 고 $x_F$ 에서 $|qcc\rangle$ 상태로의 응집을 가능하게 한다는 것을 보여준다.
• 이중-중성자 바리온의 관측된 스펙트로스코피가 초대칭 라이트-프론트 히알로지컬 QCD의 예측과 일치한다는 것을 보여준다.
• SELEX와 LHCb의 $x_F$-의존적 감도가 둘 다 올바른 관측임에도 불구하고 서로 다른 상태를 검출하게 되는 이유를 설명한다.
• 두 상태 간의 복사 전이가 작은 반경 파동함수 겹침으로 인해 억제되며, 이는 검증 가능한 예측을 제공한다.

제안 방법

• 다중 무거운 바리온의 스펙트로스코피를 모델링하기 위해 초대칭 대수학을 적용한 라이트-프론트 히알로지컬 QCD를 적용한다.
• 푸아프 상태의 확률이 $1/m_Q^2$ 비례함을 추정하기 위해 연산자 곱 전개를 사용한다.
• 동일한 빠르기에서 공동 운동하는 쿼크의 응집을 통해 내재된 $|uudc\bar{c}\rangle$ 와 $|uudc\bar{c}c\bar{c}\rangle$ 푸아프 상태에서의 하드로생산을 모델링한다.
• SELEX의 $x_F > 0.1$ 데이터와 LHCb의 $x_F \approx 0.15$ 와 $0.09$ 범위를 비교하여 운동량 독립성의 이유를 설명한다.
• 이중-중성자 쿼크-온리 생산 비율의 기준으로서 이중-$J/\psi$ 생산에 대한 NA3 데이터를 분석한다.
• 작은 반경 파동함수 겹침으로 인해 $|qcc\rangle$ 상태 간의 복사 전이가 억제됨을 추정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 내재된 중성자 쿼크 푸아프 상태가 SELEX와 LHCb의 이중-중성자 바리온 측정치 간의 명백한 갈등을 해결할 수 있는가?
• RQ2 왜 SELEX는 고 $x_F$ 에서 $3520\,\text{MeV}/c^2$ 상태를 관측하는 데 반해, LHCb는 저 $x_F$ 에서 $3621.4\,\text{MeV}/c^2$ 상태를 관측하는가?
• RQ3 내재된 중성자 쿼크 메커니즘이 고 $x_F$ 에서의 $qcc$ 상태 응집을 어떻게 설명하는가?
• RQ4 관측된 이중-중성자 바리온의 스펙트로스코피는 초대칭 라이트-프론트 히알로지컬 QCD 예측과 일치하는가?
• RQ5 왜 $3621\to3520\,\text{MeV}/c^2$ 상태 간의 복사 전이는 강하게 억제되는가?

주요 결과

• SELEX가 $\Xi_{cc}^{+}\to\Lambda_{c}^{+}K^{-}\pi^{+}$ 에 대해 관측한 $15.9 \pm \sqrt{6.1}$ 개의 신호 사건은 고 $x_F$ 에서의 내재된 중성자 쿼크 하드로생산과 일치한다.
• LHCb가 $3621.40 \pm 0.72\,\text{MeV}/c^2$ 에서 $\Xi_{cc}^{++}\to\Lambda_{c}^{+}K^{-}\pi^{+}\pi^{+}$ 에 대해 관측한 $313 \pm 33$ 개의 사건은 내재된 쿼크가 아닌 글루온 융합에 의해 설명되며, 이는 저 $x_F$ 에서의 현상이다.
• SELEX와 LHCb 상태 간의 $103\,\text{MeV}/c^2$ 질량 차이는 서로 다른 디쿼크 스핀 구조에 기인한다: $|[dc]c\rangle_{1/2^+}$ 대비 $|u(cc)\rangle$.
• 이중-중성자 바리온의 생산 비율은 이중-쿼크-온리 생산과 관련이 있으며, 양자 모두가 동일한 이중-내재된 쿼크-초기 상태에서 기인한다.
• 작은 반경 파동함수 겹침으로 인해 두 상태 간의 복사 전이가 강하게 억제되어 탐지하기 어렵다.
• LHCb의 제한된 $x_F$ 감도($\approx 0.09-0.15$)는 $3520\,\text{MeV}/c^2$ 상태의 검출을 배제하며, SELEX의 $x_F > 0.1$ 범위는 이를 포착한다.