[논문 리뷰] A survey of heavy-antiheavy hadronic molecules

Xiang-Kun Dong, Feng-Kun Guo외 1명|arXiv (Cornell University)|2021. 01. 04.

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions참고 문헌 4인용 수 129

한 줄 요약

본 논문은 벡터-메손 교환으로 포화된 접촉 상호작용을 사용한 온-껍질 Bethe-Salpeter 방정식 해법으로 무거운-반무거운 hadronic 분자상 스펙트럼을 체계적으로 예측하며, S-파와 P-파 무거운 중간체 및 바리온에 초점을 맞추고 229개의 예측 상태를 도출하고, 다수의 알려진 근임계 구조가 스펙트럼에 적합하게 들어맞는 것을 보인다.

ABSTRACT

Many efforts have been made to reveal the nature of the overabundant resonant structures observed by the worldwide experiments in the last two decades. Hadronic molecules attract special attention because many of these seemingly unconventional resonances are located close to the threshold of a pair of hadrons. To give an overall feature of the spectrum of hadronic molecules composed of a pair of heavy-antiheavy hadrons, namely, which pairs are possible to form molecular states, we take charmed hadrons for example to investigate the interaction between them and search for poles by solving the Bethe-Salpeter equation. We consider all possible combinations of hadron pairs of the $S$-wave singly-charmed mesons and baryons as well as the narrow $P$-wave charmed mesons. The interactions, which are assumed to be meson-exchange saturated, are described by constant contact terms which are resummed to generate poles. It turns out that if a system is attractive near threshold by the light meson exchange, there is a pole close to threshold corresponding to a bound state or a virtual state, depending on the strength of interaction and the cutoff. In total, 229 molecular states are predicted. The observed near-threshold structures with hidden-charm, like the famous $X(3872)$ and $P_c$ states, fit into the spectrum we obtain. We also highlight a $Λ_c\bar Λ_c$ bound state that has a pole consistent with the cross section of the $e^+e^- oΛ_c\bar Λ_c$ precisely measured by the BESIII Collaboration.

연구 동기 및 목표

• exotic 근임계 공명들을 무거운-반무거운 쌍으로부터 구성된 hadronic 분자상으로 이해하는 동기 부여.
• S-파 및 P-파 무거운 메손-바리온 조합 전반에 걸친 가능한 분자상 스펙트럼의 일관된 표를 제공.
• 공진-포화 접촉 상호작용 포텐셜과 Bethe-Salpeter 방정식을 사용하여 근임계 극점을 찾아낸다.

제안 방법

• 무거운 쿼크 스핀 대칭과 챠iral SU(3)에 불변인 무거운 메손 및 무거운 바리온 라그랑주안을 구성한다.
• 근진동으로 포화된 경수상 벡터 교환으로부터의 상호작용 포텐셜을 추정하고 1도 상수 접촉항을 최전방으로 유지한다.
• 온-껍질 Bethe-Salpeter 방정식 T = V + VGT를 풀어 극점을 찾아낸다.
• charm-계와 bottom-계 간의 HQFS를 이용해 무거운 계를 보완적으로 연결한다.
• 근임계 역학에 집중하고 통합 초반 스펙트럼을 위해 결합 채널은 무시한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 HQSS와 챠iral 제약 하에서 근임계 분자상 형성에 적합한 무거운-반무거운 hadron 쌍 조합은 무엇인가?
• RQ2 벡터-메손 교환으로 포화된 접촉 상호작용이 이들 시스템의 Bethe-Salpeter 방정식에서 극점을 어떻게 생성하는가?
• RQ3 탐색된 무거운 메손 및 무거운 바리온 계들에서 예측되는 분자상은 몇 개이며, 이들이 관측된 근임계 구조와 어떻게 일치하는가?
• RQ4 X(3872)나 P_c와 같은 알려진 상태를 예측 스펙트럼 안에 담아낼 수 있는가?
• RQ5 BESIII의 교차 섹션 데이터와 호환되는 Λ_c Λ̄_c 결합 상태에 대응하는 극점이 존재하는가?

주요 결과

• 여러 무거운-반무거운 근임계 임계에서 총 229개의 분자상들이 예측된다.
• X(3872)나 P_c 상태와 같은 숨겨진 매력(Hidden Charm)의 근임계 구조들이 예측 스펙트럼에 들어맞는다.
• Λ_c Λ̄_c 결합 상태 극점이 BESIII의 e+e− → Λ_c Λ̄_c 교차 섹션 측정과 일치함을 보여준다.
• 역설계는 임계 동역학과 극점 구조가 불변 질량 분포의 선 형태와 어떻게 연관되는지 강조한다.
• 1차 상수 상호작용으로 벡터-메손 교환에 의해 포화되고 재합성되어 근임계 극점을 생성하고 의미 있는 선 형상을 제공한다.
• 본 연구는 여러 유명한 근임계 상태들을 더 큰 분자 스펙트럼 예측과 연결하는 통일된 프레임워크를 제시한다.