[논문 리뷰] The $a_0(980)$ in the single Cabibbo-suppressed process $Λ_c o π^0ηp$

Xue-Chao Feng, Le-Le Wei외 3명|arXiv (Cornell University)|2020. 09. 18.

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions참고 문헌 27인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 카비보 억제된 붕괴 $\Lambda_c \to \pi^0\eta p$ 를 카이랄 유니터리 접근법을 사용하여 분석하며, 여기서 $a_0(980)$ 공명은 $\pi^0\eta$ 최종 상태 상호작용으로부터 동적으로 생성된다. $\pi^0\eta$ 진동 질량 분포에서 980 MeV 근처에 뚜렷한 쿠스프 구조가 예측되며, 양성 $C$ 에서는 분포율이 $1.13\sim1.26\times10^{-4}$, 음성 $C$ 에서는 $5.96\sim8.19\times10^{-4}$ 로 추정되어 BESIII 및 Belle II 실험에서 관측 가능할 것으로 제안된다.

ABSTRACT

In this work, we have investigated the Cabibbo-suppressed process $Λ_c o π^0ηp$, by taking into account the intermediate scalar state $a_0(980)$, which could be dynamically generated from the $S$-wave pseudoscalar-pseudoscalar interaction within the chiral unitary approach. We have calculated the $π^0η$ invariant mass distribution, and found that there is a significant structure associated to the $a_0(980)$. We have also roughly estimated the branching fraction $\mathcal{B}(Λ_c o π^0ηp) \sim 10^{-4}$. We encourage our experimental colleagues to measure the process $Λ_c o π^0ηp$ for searching for the state $a_0(980)$ in this reaction.

연구 동기 및 목표

• 카비보 억제된 붕괴 $\Lambda_c \to \pi^0\eta p$ 에서 $a_0(980)$ 공명의 생성 메커니즘을 조사하기 위해.
• $\pi^0\eta$, $K^+K^-$, 및 $K^0\bar{K}^0$ 를 포함한 최종 상태 상호작용이 $a_0(980)$ 공명 생성에 미치는 역할을 탐색하기 위해.
• 미래 실험 검증을 위한 $\pi^0\eta$ 진동 질량 분포 및 분포율에 대한 이론적 예측을 제공하기 위해.
• 미래 정밀 측정을 통해 약한 전이 진폭 내의 매개변수 $C$ 를 제약하기 위해.

제안 방법

• 과정은 세 단계로 모델링된다: 쿼크 수준에서의 약한 붕괴, 하드론화, 그리고 카이랄 유니터리 접근법을 통한 최종 상태 상호작용(FSI).
• 카이랄 유니터리 프레임워크를 사용하여 $S$-파 $\pi^0\eta$ 와 $K\bar{K}$ 상호작용으로부터 $a_0(980)$ 가 동적으로 생성된다.
• $K^+K^- \to \pi^0\eta$, $K^0\bar{K}^0 \to \pi^0\eta$, 및 $\pi^0\eta \to \pi^0\eta$ 의 전이 진폭을 계산하여 공명 형성 모델링을 수행한다.
• 물리적 영역에서 제곱 전이 진폭을 통합하여 $\pi^0\eta$ 진동 질량 분포를 계산한다.
• 이전 연구에서 얻은 정규화 인자 $V_p^2 / \Gamma_{\Lambda_c} = 0.2$ MeV$^{-1}$ 를 사용하여 분포율을 추정한다.
• 선형형태가 매개변수 $C$ 의 부호에 따라 어떻게 달라지는지 분석하여 동적 입력에 대한 민감도를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 최종 상태 상호작용을 통해 $\Lambda_c \to \pi^0\eta p$ 붕괴에서 $a_0(980)$ 공명을 관측할 수 있는가?
• RQ2 이 붕괴 채널에서 $\pi^0\eta$ 진동 질량 분포의 예상 형태는 무엇인가?
• RQ3 매개변수 $C$ 의 부호가 $\pi^0\eta$ 질량 분포의 선형형태에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ4 $\Lambda_c \to \pi^0\eta p$ 의 예상 분포율은 얼마이며, BESIII 또는 Belle II 에서 접근 가능한가?
• RQ5 이 붕괴 채널은 $K^+K^-$ 최종 상태에서의 $a_0(980)$ 와 $f_0(980)$ 기여를 분리하는 데 도움이 될 수 있는가?

주요 결과

• 980 MeV 근처에서 $\pi^0\eta$ 진동 질량 분포에 뚜렷한 쿠스프 구조가 관측되며, 이는 $a_0(980)$ 공명에 해당한다.
• 양성 $C$ 에서는 980 MeV 근처에 곡선이 낮아지는 딤프가 나타나고, 음성 $C$ 에서는 뚜렷한 쿠스프 구조가 나타난다.
• 분포율은 양성 $C$ 에서 $(1.13\sim1.26)\times10^{-4}$, 음성 $C$ 에서 $(5.96\sim8.19)\times10^{-4}$ 로 추정된다.
• 예측된 분포율은 BESIII 및 Belle II 실험의 감도 범위 내에 있다.
• 선형형태는 $C$ 의 부호에 민감하여, 향후 측정을 통해 이 매개변수를 제약하고 약한 붕괴에서의 $N_c$ 스케일링을 검증할 수 있다.
• 모델은 메존-메존 상호작용으로부터 동적으로 생성된 상태로 $a_0(980)$ 를 지지하는 $\pi^0\eta$ 채널에서 뚜렷한 공명 구조를 예측한다.