[논문 리뷰] Theoretical investigations on the Y(4260) being an hybrid meson

F. Iddir, Lahouari Semlala|ArXiv.org|2006. 11. 14.

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 쿼크-글루온 구성 모형과 상대론적 보정, 그리고 질량이 있는 글루온을 고려하여 Y(4260) 공명이 $c\overline{c}g$ 하이브리드 메손인지 여부를 조사한다. 결과적으로 Y(4260)는 QE-하이브리드 또는 일반적인 케이온형 케이온과의 혼합 상태로는 해석될 수 없으며, 주로 $D_1\overline{D}$ 채널으로 붕괴하는 GE-하이브리드로 가장 잘 설명되며, 예측된 붕괴 너비 약 107 MeV는 실험 데이터와 일치한다.

ABSTRACT

The new recently experiments at the B-factories yield a renewed interest in the charm and charmonium spectroscopy. New intriguing states have been observed, which appear to be non-conventional mesons, such as X(3862) and Y(4260) and request more theoretical investigations. We will explore the possibility for the Y(4260) to be a c-cbar-g hybrid meson. Using the quark-gluon constituent model, we exclude its existence as QE-hybrid meson, and as mixing of c-cbar-g hybrid with conventional c-cbar meson. We find the only interpretation as GE-hybrid, decaying in D_(1)-Dbar channels. Then more experimental studies are needed to confirm the existence of this resonance and to give its properties.

연구 동기 및 목표

• 쿼크-글루온 구성 모형 내에서 Y(4260) 공명이 $c\overline{c}g$ 하이브리드 메손으로 해석될 수 있는지 확인하는 것.
• Y(4260)가 $c\overline{c}g$ 하이브리드와 일반적인 $c\overline{c}$ 케이온형 케이온 사이의 혼합 상태일 수 있는지 평가하는 것.
• 두 개의 메손 최종 상태로 붕괴하는 $J^{PC}=1^{--}$ 하이브리드 메손의 붕괴 특성을 평가하는 것, 특히 $D_{1}\overline{D}$ 및 $D^*\overline{D}$ 채널에 초점한다.
• 이론적 예측을 실험 데이터와 비교하는 것, 특히 약 90 MeV의 관측된 너비와 $D\overline{D}$로의 붕괴 부재를 고려한다.

제안 방법

• 쿠론-플러스-선형 포텐셜을 사용하는 상대론적 쿼크-글루온 구성 모형을 사용하며, 스핀-스핀, 스핀-오르빗, 그리고 텐서 상호작용을 포함한다.
• 글루온을 질량 $m_g \sim 700-1000$ MeV인 질량이 있는 입자로 간주하여 격자 및 슈윙거-디슨 결과와 일치시킨다.
• 궤도 및 스핀 양자수 기반 선택 규칙을 적용하여 QE-하이브리드 ($l_g=1, l_{q\overline{q}}=0$) 와 GE-하이브리드 ($l_g=0, l_{q\overline{q}}=1$) 상태를 구분한다.
• 쿼크-반쿼크 및 글루온 시스템에 대해 가우시안 파동함수를 사용하여 오버랩 적분을 통해 부분 붕괴 너비를 계산한다.
• 식 (17)과 (18)을 사용하여 선택 규칙을 강제 적용하여 S-파와 P-파 메손으로의 이중체 붕괴에 대한 붕괴 앰플리튜드를 유도한다.
• 전이 해밀토니안을 통해 $c\overline{c}g$ 하이브리드와 일반적인 $c\overline{c}$ 상태 사이의 혼합 앰플리튜드를 평가하여, 혼합 요소가 극미량임을 확인한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 쿼크-글루온 구성 모형 내에서 Y(4260)를 $c\overline{c}g$ 하이브리드 메손으로 식별할 수 있는가?
• RQ2 Y(4260)는 $c\overline{c}g$ 하이브리드와 일반적인 $c\overline{c}$ 케이온형 케이온 상태 사이의 혼합 상태인가?
• RQ3 질량 약 4.26 GeV인 $J^{PC}=1^{--}$ 하이브리드 메손의 주요 붕괴 채널은 무엇인가?
• RQ4 Y(4260)는 임계값 근처에 있음에도 불구하고 $D\overline{D}$로 붕괴되지 않는 이유는 무엇이며, 이는 그 구조에 어떤 제약을 가하는가?
• RQ5 이론적 붕괴 너비가 실험적으로 관측된 약 90 MeV의 너비와 일치하는가?

주요 결과

• 선택 규칙에 의해 S-파 메손 두 개로 붕괴될 수 없기 때문에, Y(4260)는 QE-하이브리드 메손일 수 없다.
• 혼합 매트릭스 요소가 극미량이므로, $c\overline{c}g$ 하이브리드와 일반적인 $c\overline{c}$ 메손 사이의 혼합 상태일 수도 없다.
• 유일한 타당한 해석은 GE-하이브리드 메손이며, 이는 주로 $D_1(2420)\overline{D}$ 및 $D\overline{D_1}(2420)$ 최종 상태로 붕괴된다.
• $D_1\overline{D}$ 채널로의 부분 붕괴 너비는 약 $\frac{107}{4} \approx 26.75$ MeV로 계산되었으며, 총 너비는 약 107 MeV로 실험 너비 약 90 MeV와 일치한다.
• $D^{*}\overline{D}^*$ 및 $D^{*}\overline{D}$ 붕괴는 스핀 오버랩과 선택 규칙으로 인해 강하게 억제되며, 실험적 한계와 일치한다.
• $J^{PC}=1^{--}$ 하이브리드의 총 붕괴 너비는 4.26 GeV에서 $L=2$일 경우 약 2914 MeV로 예측되지만, $D_1\overline{D}$로의 주요 부분 너비는 약 107 MeV로 충분히 작아 좁은 공명을 형성할 수 있다.