[論文レビュー] Glueballs, hybrid and exotic mesons

Chris Michael|ArXiv.org|Jan 25, 2001

Stochastic processes and statistical mechanics被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、クエンチド近似における1611(30)(160) MeVの最も軽いスカラー glueballおよび軽いクォークにおける約1.9–2.0 GeVの$1^{-+}$ スピン異常ハイブリッドメソンを含め、lattice QCDによるglueball、ハイブリッドメソン、およびエキゾチックメソンの結果をレビューする。改良された離散化と連続極限への外挿を用いて、正確な質量予測がなされ、クォーク-反クォークおよび四クォーク状態との混合効果についても議論されており、実験的探索および理論的モデルのための重要なベンチマークを提供する。

ABSTRACT

We review lattice QCD results for glueballs (including a discussion of mixing with scalar mesons), hybrid mesons and exotic mesons (such as $B_s B_s$ molecules).

研究の動機と目的

• クォーク模型を越えたglueball、ハイブリッドメソン、エキゾチックメソンのlattice QCD結果について包括的なレビューを提供すること。
• glueballおよびハイブリッド質量のクエンチドQCD予測の信頼性と海クォーク効果への感受性を評価すること。
• lattice結果および実験的シグナルの解釈に与える$q\bar{q}$、$q\bar{q}q\bar{q}$およびメソン-メソン状態との混合効果の影響を評価すること。
• lattice予測と実験的共鳴子データ（特に1.4–1.6 GeVにおける$1^{-+}$ハイブリッド）を比較すること。
• 物理的海クォーク質量を用いた将来のフルQCD lattice計算の解釈のための枠組みを確立すること。

提案手法

• Wilsonまたは改良されたゲージ作用素を用いたlattice QCDシミュレーションで、$N_F=0$（クエンチド）および$N_F=2$（動的のstrangeに類似した海クォーク）を用い、ハドロンスペクトルを計算する。
• $r_0$スケールを用い、静的ポテンシャル$ r^2 dV(r)/dr = 1.65 $が$r=r_0$で成り立つことにより定義され、物理的スケールを設定し、次元なしの質量比を抽出する。
• 離散化誤差を制御するため、$a^2$依存性のフィットを用いて、glueballおよびハイブリッド質量を連続極限（$a \to 0$）に外挿する。
• 特定の量子数（$J^{PC}$）に適合した演算子を用いた相関関数の構築により、glueballおよびハイブリッド状態を同定する。
• メソン-メソンチャネルへの結合を評価するため、スピン異常ハイブリッドと四クォーク演算子との混合行列要素を含める。
• 静的および相対論的クォーク作用素（例：NRQCD）を用いて、重クォークおよび軽クォークハイブリッド系を探索する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クエンチド近似における最も軽いスカラー glueballの質量は何か？また、物理的期待値と比較するとどうなるか？
• RQ2 lattice QCDによる$1^{-+}$ハイブリッドメソンの予測は、1.4–1.6 GeVにおける実験的共鳴子データとどのように一致するか？
• RQ3 $q\bar{q}$および$q\bar{q}q\bar{q}$状態との混合効果が、エキゾチックおよびハイブリッド状態の予測質量にどの程度影響を与えるか？
• RQ4 クエンチドQCDの結果と、動的海クォークを含むフルQCDの結果とを比較するとどうなるか？
• RQ5 離散化誤差およびスケール設定の不確実性が、glueballおよびハイブリッドのlattice質量予測に与える影響は何か？

主な発見

• 最も軽いglueball（$0^{++}$）の質量は$m(0^{++})r_0 = 4.33(5)$であり、$r_0^{-1} = 373$ MeVを用いてスケーリングすると、$1611(30)(160)$ MeVに相当し、10%の系統的スケール誤差を含む。
• $2^{++}$ glueballの質量は$m(2^{++})r_0 = 6.0(6)$であり、$2232(220)(220)$ MeVに相当し、複数のlatticeグループで一貫した結果が得られている。
• $b\bar{b}$クォーク系における$1^{-+}$ スピン異常ハイブリッドメソンは、10.73(7) GeVに予測されており、複数の静的ポテンシャルおよびNRQCD計算で一貫性を示している。
• 軽いクォークでは、フルQCDにおいて$1^{-+}$ハイブリッドメソンの質量は1.9(2) GeVに予測されており、独立したlattice研究では$s\bar{s}$で$1970(90)(300)$ MeV、$u\bar{u}$/$d\bar{d}$で1900 MeVが得られている。
• 複数のグループによる$1^{-+}$ハイブリッドのlattice結果は良好に一致しているが、1.4–1.6 GeVにおける実験的シグナルとは矛盾しており、メソン-メソン成分が関与している可能性を示唆している。
• 物理的海クォーク質量を用いた現在のlattice計算では、$\eta\pi$のような$q\bar{q}q\bar{q}$状態との混合は含まれていないが、これが実験との不一致を説明できる可能性がある。