[論文レビュー] Exes and why Z? Some charming and beautiful observations

Eef van Beveren, George Rupp|arXiv (Cornell University)|Nov 10, 2010

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 6被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、チャームォニウムおよび charm-strange メソン系におけるしきい値増幅と脱動的効果が共鳴状態ではなく、非共鳴的構造であると提唱している。Resonance-Spectrum Expansion (RSE) を用い、調和振動子近似 (HORSE) を適用することで、真の $c\bar{c}$ および $c\bar{s}$ 状態を特定する。$Z(4050)$、$Z(4250)$、$Z(4430)$ は $D_s^*$ の高励起状態であると特定され、クォーク-反クォーク振動によるグルーオン環境内での普遍的な 190 MeV 周波数がメソンスペクトルに存在することが判明した。

ABSTRACT

Threshold enhancements like the X(4660) and depletion effects as the X(4260) are listed as c-cbar resonances in the Particle Data Group tables. We will discuss these observations, and present a list of further c-cbar enhancements, which are more likely to represent true vector charmonium excitations. We will furthermore discuss the importance of the observed Z resonances, viz. Z(4050), Z(4250), and Z(4430), for the family of charm-strange mesons. Another piece of very important information that can be extracted from the present data is the universal, flavor independent frequency of 190 MeV for mesons, due to the quark-antiquark oscillations within the glue environment. Finally, we will show hints from the data at a further flavor-independent quantity, having a value of 76 +-2 MeV, the origin of which is not yet understood. Talk available at http://cft.fis.uc.pt/eef/Frascati2010start.htm

研究の動機と目的

• メソン散乱および生成データにおける真の共鳴状態、偶然の共鳴状態、しきい値増幅、脱動的効果を区別すること。
• Particle Data Group が提唱する $X(4660)$ および $X(4260)$ を超える新しいベクトルチャームォニウム状態を同定すること。これらはおそらく誤分類された非共鳴的構造である可能性がある。
• $Z$ 共鳴状態、特に $Z(4050)$、$Z(4250)$、$Z(4430)$ が $D_s^*(2112)$ 状態の高励起状態として解釈可能かどうかを検討すること。
• クォーク-反クォーク振動に起因する、メソンスペクトルにおける普遍的でフレーバーに依存しないパrameter（190 MeV 周波数）の存在を調査すること。
• 特定のダイナミクスモデルに依存せず、$q\bar{q}$ スペクトルのみを入力として用いることで観測された断面積を再現できる枠組み（HORSE）を提供すること。

提案手法

• 観測された構造が $q\bar{q}$ 共鳴状態に起因するとみなすが、特定のダイナミクスを仮定しない Resonance-Spectrum Expansion (RSE) 形式を用いる。
• RSE に調和振動子近似 (HORSE) を適用し、フレーバーに依存せず 380 MeV の等間隔の $q\bar{q}$ レベルを仮定する。
• HORSE から予測される $c\bar{c}$ および $c\bar{s}$ レベルを実験データと比較し、新しいベクトルチャームォニウムおよび $D_s^*$ 状態の候補を同定する。
• BABAR の $D^*K$ の不変質量分布を分析し、$Z(4050)$、$Z(4250)$、$Z(4430)$ がそれぞれ $D_s^*(6S)$、$D_s^*(5D)$、$D_s^*(7S)$ 状態に対応するという仮説を検証する。
• 文献からの結合定数を用いて分支比を評価し、$D_s^*(2.71)$ の $S$ 波と $D$ 波の性質を検討し、$1D$ の割り当てがより好ましいと結論づける。
• 軽いクォーク、 charm クォーク、 bottom クォーク系の $e^+e^-$ 結合断面積において、フレーバーに依存しない干渉効果が観測され、第二の普遍的メソンパラメータの存在を示唆する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測された $X(4660)$ および $X(4260)$ 共鳴状態は真の $c\bar{c}$ 状態であるのか、それとも非共鳴的しきい値増幅または脱動的効果であるのか？
• RQ2 $Z(4050)$、$Z(4250)$、$Z(4430)$ 共鳴状態は、統一されたスペクトロスコピック枠組み内において $D_s^*(2112)$ 状態の高励起状態として解釈可能か？
• RQ3 メソンスペクトルに普遍的でフレーバーに依存しない周波数が存在するか？その物理的起源は何か？
• RQ4 特定の $D^*K$ 不変質量分布が、$D_s^*$ 励起状態の HORSE 予測と整合するエネルギーに構造を示すのはなぜか？
• RQ5 RSE 形式、特に HORSE 近似において、クォーク-反クォーク相互作用の特定のダイナミクスモデルに依存せず、観測された断面積を再現できるか？

主な発見

• $Z(4050)$、$Z(4250)$、$Z(4430)$ 共鳴状態は、HORSE モデルにおける 380 MeV のエネルギー間隔に基づき、それぞれ $D_s^*(6S)$、$D_s^*(5D)$、$D_s^*(7S)$ 状態と整合的である。
• $D_s^*(2.71)$ 状態は $2S$ 状態よりも $1D$ 状態である可能性が高い。$2S$ の分支比予測値は実験データを約 3 倍上回るためである。
• メソンスペクトルに普遍的でフレーバーに依存しない 190 MeV の周波数が観測され、これはグルーオン環境内でのクォーク-反クォーク振動に起因するとされる。
• $c\bar{c}$ および $c\bar{s}$ スペクトルにおける $S$ 状態と $D$ 状態はメソンループ効果によってシフトし、$S$ 状態は 100–200 MeV、$D$ 状態は 100 MeV 未満にシフトする。
• データからフレーバーに依存しない第二のパラメータ 76 ± 2 MeV が観測されたが、その起源は未だ不明である。
• $Z(4430)$ 共鳴状態は $D_s^*(7S)$ 状態として最も適切に解釈され、ループ補正を経た予測質量 4.635 GeV が、観測質量 4.430 GeV と整合的である。