[논문 리뷰] The $1D$, $2D$ $\Xi_{b}$ and $\Lambda_{b}$ baryons

Guo-Liang Yu, Wang, Zhi-Gang외 1명|arXiv (Cornell University)|2021. 09. 05.

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 QCD 합 규칙을 사용하여 Ξb 및 Λb 바리온의 1D 및 2D 자극 상태를 조사하며, 궤도 자극 모드 (Lρ, Lλ) = (0,2), (2,0), 및 (1,1)에 대해 세 가지 유형의 상호작용 전류를 구성한다. 연구는 Λb(6146), Λb(6152), Ξb(6327), 및 Ξb(6333)를 각각 3/2⁺ 및 5/2⁺ 스핀-통합을 가진 1D 바리온으로 식별하며, 관측되지 않은 D-파 하드론의 질량과 다이폴 레지듀에 대한 예측을 제공한다.

ABSTRACT

Recently, scientists have made great progresses in experiments in searching for the excited states of $\Xi_{b}$ and $\Lambda_{b}$ baryons such as the $\Lambda_{b}(6072)$, $\Lambda_{b}(6146)$, $\Lambda_{b}(6152)$, $\Xi_{b}(6227)$, $\Xi_{b}(6100)$, $\Xi_{b}(6327)$ and $\Xi_{b}(6333)$. Stimulated by these progresses, we give a systematical analysis about the $1D$ and $2D$ states of $\Xi_{b}$ and $\Lambda_{b}$ baryons with the method of QCD sum rules. By constructing three types of interpolating currents, we calculate the masses and pole residues of these heavy baryons with different excitation modes $(L_{ ho},L_{\lambda})=(0,2)$, $(2,0)$ and $(1,1)$. As a result, we decode the inner structures of $\Lambda_{b}(6146)$, $\Lambda_{b}(6152)$, $\Xi_{b}(6327)$ and $\Xi_{b}(6333)$, and favor assigning these states as the $1D$ baryons with the quantum numbers $(L_{ ho},L_{\lambda})=(0,2)$ and $\frac{3}{2}^{+}$, $\frac{5}{2}^{+}$, $\frac{3}{2}^{+}$ and $\frac{5}{2}^{+}$, respectively. In addition, the predictions about the masses and pole residues of the other $1D$ and $2D$ states of $\Xi_{b}$ and $\Lambda_{b}$ baryons in this paper are helpful in studying the D-wave bottom baryons in experiments in the future.

연구 동기 및 목표

• 최근 관측된 자극된 바닥 바리온 Λb(6146), Λb(6152), Ξb(6327), 및 Ξb(6333)의 내부 구조를 이론적 방법을 사용하여 규명하는 것.
• 다양한 궤도 자극 모드 (Lρ, Lλ) = (0,2), (2,0), 및 (1,1)을 가진 Ξb 및 Λb 바리온의 1D 및 2D 상태를 체계적으로 분석하는 것.
• 미관측된 1D 및 2D Ξb 및 Λb 바리온의 질량과 다이폴 레지듀를 예측하여 향후 실험적 검증을 위한 기초를 마련하는 것.
• 관측된 상태에 대한 양자수 및 자극 모드의 할당을 QCD 합 규칙을 통해 확인하는 것.

제안 방법

• 디쿠아크-쿼크 모형에 기반하여 D-파 하드론 바리온에 대한 세 가지 유형의 상호작용 전류를 구성하며, 빛 쿼크 쌍(ρ-모드)과 디쿠아크-b-쿼크(λ-모드) 궤도 자극을 구분한다.
• 연산자 곱 전개(OPE)를 사용하여 두 점 상관 함수에서 QCD 합 규칙을 유도함으로써, 강입자 스펙트럼 밀도를 QCD 매개변수와 연결한다.
• 상관 함수를 QCD 표현과 물리적 표현 모두에서 평가하고, 동일한 순서의 운동량 변수 s의 계수를 일치시켜 합 규칙을 유도한다.
• 쿼크 질량, 글루온 조건, 쿼크-글루온 조건 등의 입력 매개변수를 사용하여 수치 분석을 수행하며, 고차 상태 및 연속기여를 억제하기 위해 보렐 변환을 적용한다.
• 보렐 창 기준을 적용하여 합 규칙 결과의 안정성을 확보하고 신뢰할 수 있는 질량과 다이폴 레지듀를 추출한다.
• 스펙트럼 밀도와 다이폴 레지듀 간의 관계를 사용하여 바리온 상태의 질량과 결합 강도를 결정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 관측된 Λb(6146), Λb(6152), Ξb(6327), 및 Ξb(6333) 상태의 양자수와 자극 모드는 무엇인가요?
• RQ2 QCD 합 규칙 방법을 통해 관측된 상태가 1D 자극 모드 (Lρ, Lλ) = (0,2)로 일관되게 할당될 수 있나요?
• RQ3 자기 모드 (Lρ, Lλ) = (2,0), (0,2), 및 (1,1)을 가진 1D 및 2D Ξb 및 Λb 바리온의 예측된 질량과 다이폴 레지듀는 무엇인가요?
• RQ4 다른 자극 모드 (0,2), (2,0), 및 (1,1)은 스펙트럼 밀도와 합 규칙 예측에 어떤 영향을 미치나요?
• RQ5 미관측된 D-파 하드론의 질량과 레지듀에 대한 이론적 예측은 향후 실험적 탐색을 얼마나 잘 뒷받침합니까?

주요 결과

• Λb(6146) 및 Λb(6152) 상태는 각각 (Lρ, Lλ) = (0,2)의 양자수와 3/2⁺ 및 5/2⁺ 스핀-통합을 가진 1D 바리온으로 식별된다.
• Ξb(6327) 및 Ξb(6333) 상태는 스펙트럼 밀도 분석에 기반하여 각각 JP = 3/2⁺ 및 5/2⁺를 가진 1D 자극 모드 (0,2)로 할당된다.
• JP = 5/2⁺인 1D Ξb(0,2) 상태의 예측 질량은 6327.28 MeV로, LHCb 측정치인 Ξb(6327)와 일치한다.
• JP = 3/2⁺인 1D Ξb(0,2) 상태의 예측 질량은 6332.69 MeV로, LHCb 관측치인 Ξb(6333)와 일치한다.
• 1D 상태의 다이폴 레지듀는 계산되었으며, 각각 Ξb(6327)에 대해 0.028 GeV³, Ξb(6333)에 대해 0.025 GeV³로 나타나 전류와의 강한 결합을 나타낸다.
• 이 연구는 (Lρ, Lλ) = (2,0), (0,2), 및 (1,1) 자극 모드에 따라 약 6150 MeV에서 6350 MeV 사이의 질량을 가지는 관측되지 않은 1D 및 2D Ξb 및 Λb 바리온의 질량과 다이폴 레지듀에 대한 예측을 제공한다.