[論文レビュー] Fully-charm tetraquarks: $cc\bar{c}\bar{c}$

Xiaoyun Chen|arXiv (Cornell University)|Jan 19, 2020

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 11

ひとこと要約

本研究では、非相対論的チャーミッククォーク模型とガウス展開法を用いて、完全にcharmの四クォーク状態（$cc\bar{c}\bar{c}$）を調査し、メソン-メソンおよびダイクォーク-アントダイクォーク構造間の動的混合を組み込む。$\bar{c}c$ 閾値より高い3つの共鳴状態を予測し、質量は6.51 GeV（$0^{++}$）、6.60 GeV（$1^{+-}$）、6.71 GeV（$2^{++}$）であり、$J/\psi J/\psi$ や $\eta_c\eta_c$ チャネルにおける実験的シグネチャーの可能性を示している。

ABSTRACT

In this work, we continue to study the mass spectra of fully-heavy tetraquarks $cc\bar{c}\bar{c}$ with the quantum numbers of $J^{PC}=0^{++}, 1^{+-}, 2^{++}$ in the nonrelativistic chiral quark model. With the help of the Gaussian Expansion Method, we present dynamical computations for $cc\bar{c}\bar{c}$ state with considering two structures, meson-meson [$\bar{c}c$][$\bar{c}c$] and diquark-antidiquark [$cc$][$\bar{c}\bar{c}$] and their mixing. The results manifest that the energies of the low-lying states are all higher than the meson-meson thresholds [$\bar{c}c$][$\bar{c}c$]. However, resonances are possible because of the color structure. Several resonances are proposed and the lowest resonance is predicted to be 6.5 GeV and the stability of the resonance states is checked using the real scaling method.

研究の動機と目的

• 完全にcharmの四クォーク状態（$cc\bar{c}\bar{c}$）の存在と質量スペクトルを、量子数 $J^{PC} = 0^{++}, 1^{+-}, 2^{++}$ の範囲で調査すること。
• 2つの $\bar{c}c$ メソン閾値より下に束縛状態が形成可能かどうかを検討すること。
• メソン-メソン（$[\bar{c}c][\bar{c}c]$）とダイクォーク-アントダイクォーク（$[cc][\bar{c}\bar{c}]$）構造間の動的混合を研究すること。
• クォーク間距離を用いて、予測された共鳴状態の構造的性質（分子的かコンパクトか）を特定すること。
• LHCbおよびBelle-IIにおける今後の実験的探索のための高精度な予測を提供すること。

提案手法

• クォーク質量、運動エネルギー、スピン独立およびスピン依存ポテンシャルを含むハミルトニアンを有する非相対論的チャーミッククォーク模型を採用。
• $cc\bar{c}\bar{c}$ 系の高精度な4体計算にガウス展開法（GEM）を用いる。
• すべての色構成を考慮：メソン-メソンには $1\times1$, $8\times8$、ダイクォーク-アントダイクォーク構造には $\bar{3}\times3$, $6\times\bar{6}$。
• ポテンシャルのスピン独立およびスピン依存部を介した構造間の動的混合を考慮。
• 真の共鳴状態の特定と安定性の確認のため、実数スケーリング法（安定化法）を適用。
• クォーク間距離（$R_{c\bar{c}}$, $R_{cc}$, $R'_{c\bar{c}}$）を計算し、共鳴状態の分子的またはコンパクトな性質を分析。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $cc\bar{c}\bar{c}$ の安定な束縛状態は、2つの $\bar{c}c$ メソン閾値より下に存在するか？
• RQ2 最低励起状態の $cc\bar{c}\bar{c}$ 共鳴状態の質量と量子数は何か？
• RQ3 メソン-メソンとダイクォーク-アントダイクォーク構造間の混合がスペクトルに与える影響は何か？
• RQ4 予測された共鳴状態の構造的組成（分子的かコンパクトか）は何か？
• RQ5 $cc\bar{c}\bar{c}$ 四クォーク状態は、従来のチャーミウム状態と実験的に区別可能か？

主な発見

• $J^{PC} = 0^{++}, 1^{+-}, 2^{++}$ の最低励起状態はすべて $[\bar{c}c][\bar{c}c]$ メソン-メソン閾値より上に位置しており、安定な束縛状態の存在は排除される。
• 実数スケーリング法を用いて、6510 MeV（$0^{++}$）、6600 MeV（$1^{+-}$）、6708 MeV（$2^{++}$）に3つの真の共鳴状態が同定された。
• サブクラスタ内でのクォーク間距離 $R'_{c\bar{c}}$ は小さく（約0.6–0.7 fm）、各サブクラスタ内で $c\bar{c}$ 組み合わせが強く束縛されていることを示している。
• 大きな $R_{c\bar{c}}$（3.4–3.98 fm）および $R_{cc}$（4.78–3.98 fm）は、全体の構造が分子的性質を示していることを示唆している。
• 予測された共鳴状態の質量は非相対論的クォーク模型およびQCD和則推定と整合的であるが、一部の簡略化モデルの予測よりは高い。
• $cc\bar{c}\bar{c}$ 四クォーク状態は、2つの $\bar{c}c$ メソンへの自発的崩壊を経て崩壊すると予想され、$J/\psi J/\psi$ および $\eta_c\eta_c$ チャネルが実験的検出に適した有望なチャンネルである。