[论文解读] D and D_s meson spectroscopy

Daniel Mohler, R. M. Woloshyn|arXiv (Cornell University)|Mar 28, 2011

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用 12

一句话总结

本格子QCD研究使用具有物理π介子质量的2+1味动力核配置，结合Fermilab形式化处理底夸克，计算了D和D_s介子的低激发谱。结果表明，粲-反粲介子态与实验高度一致，但部分D和D_s态（尤其是0⁺和1⁺态）存在显著偏差，凸显了在阈值附近处理重-轻介子时格点QCD面临的挑战。

ABSTRACT

Results are presented for the low-lying spectrum of D and D_s mesons calculated in lattice QCD using 2+1 flavor Clover-Wilson configurations made available by the PACS-CS collaboration. For the heavy quark, the Fermilab method is employed. The main focus is S- and P-wave states of charmed and charmed-strange mesons, where previous lattice QCD results have been mostly from quenched calculations. In addition to the ground states, some excited states are extracted. To check the method, calculations of the charmonium spectrum are also carried out. For charmonium, the low-lying spectrum agrees favorably with experiment. For heavy-strange and heavy-light systems substantial differences in comparison to experiment values remain for some states.

研究动机与目标

• 使用具有物理π介子质量的非冻结、2+1味格点QCD计算D和D_s介子的低激发谱。
• 解决以往冻结格点计算中的偏差，特别是D_s0*(2317)和D_s1(2460)态的异常窄和轻的问题。
• 通过重现作为基准的粲-反粲谱来检验格点方法的可靠性。
• 研究散射阈值的作用以及动力奇异夸克和轻夸克对谱的影响。

提出的方法

• 使用PACS-CS合作组提供的2+1味动力规范配置，π介子质量范围为156 MeV至702 MeV。
• 采用Fermilab方法处理重夸克，以减少离散化误差并改善对重夸克态的描述。
• 使用广义特征值问题（GEVP）从关联函数中提取能级，实现对多个态的识别。
• 对GEVP特征值进行完全相关的双参数拟合，以受控系统误差提取基态和激发态。
• 应用具有特定量子数（J^P）的插值算符，以投影到目标态，包括S波和P波构型。
• 以物理D_s介子质量为参考点，调节底夸克质量，确保输入物理。

实验结果

研究问题

• RQ1 非冻结格点QCD在物理π介子质量下，对D和D_s介子实验谱的重现程度如何？
• RQ2 格点结果在多大程度上解决了D_s0*(2317)和D_s1(2460)态在夸克模型预测与实验之间长期存在的偏差？
• RQ3 在2+1味QCD背景下，Fermilab形式化在描述重-轻介子谱方面的表现如何？
• RQ4 D_s1*(2700)及其他高质质量态的结果与实验量子数赋值和理论预期相比如何？

主要发现

• 粲-反粲谱被良好再现，基态和激发态与实验值在不确定度范围内一致，验证了格点设置的可靠性。
• D_s0*(2317) 0⁺态在格点单位下预测为1.1057(35)（≈1.94 GeV），显著低于实验值2.317 GeV，表明偏差持续存在。
• D_s1(2460) 1⁺态在格点单位下计算为1.1574(35)（≈2.06 GeV），仍低于实验值2.460 GeV，表明格点描述仍存在未解决的挑战。
• D_s2*(2573) 2⁺态在格点单位下计算为1.1810(52)（≈2.10 GeV），与实验值（2.573 GeV）更接近，但仍偏低。
• 对于D介子，D_0*(2400) 0⁺态预测为1.0509(43)（≈1.85 GeV），低于实验值2.400 GeV，与以往格点结果一致。
• D_1(2420)和D_1(2430) 1⁺态分别计算为1.1073(34)和1.1319(35)（≈1.95–2.00 GeV），均低于实验值2.420–2.430 GeV。