[論文レビュー] Glueballs, Hybrids and Q\bar Q Mesons

E. Klempt|ArXiv.org|Jan 19, 2001

Advanced Topics in Algebra参考文献 2被引用数 10

ひとこと要約

この論文はハドロン分光論におけるスカラー励起子、グルーオンボール、およびエキゾチック状態の性質を再評価し、格子QCDが予測するスカラーグルーオンボールがコンpact状態として存在する可能性は低いと主張する。観測されたスカラー共鳴状態、特にf₀(1370)はq̄q状態とグルーオンボールの混合から生じるが、f₀(1370)はより良く四クォーク状態として説明されるべきであり、純粋なスカラーグルーオンボールの存在を疑問視し、エキゾチックメソンがハイブリッドよりもむしろ四クォーク状態である可能性を示唆する。

ABSTRACT

Lattice gauge calculations predict the existence of glueballs. In particular a scalar glueball is firmly expected at a mass of about 1730 MeV. This prediction has led to an intense study of scalar isoscalar interactions and to the discovery of new meson resonances. The number of scalar states observed seems to exceed the number of states which can be accommodated in the quark model even when two states, the a_0(980) and f_0(980), are interpreted as K Kbar bound states and are removed from the list. However, none of these states has a decay pattern which is consistent with that of a pure glueball. A reasonable interpretation of the number of states and of their decay pattern is found only when mixing of scalar q qbar states with the scalar glueball is taken into account. In this paper we scrutinize the evidence for these states and their production characteristics. The f_0(1370) - a cornerstone of all qbar q-glueball mixing scenarios - is shown to be likely of non-qbar q nature. The remaining scalar states then do fit into a nonet classification. If this interpretation should be correct there would be no room for resonant scalar gluon-gluon interactions, no room for the scalar glueball. We also discuss the status of mesons with exotic quantum numbers, of mesons which cannot possibly have qbar q structure, and argue that these are, most likely, four-quark states and not excitations of the gluon string providing the binding between quark and antiquark.

研究の動機と目的

• 実験的データと格子QCDの予測を踏まえて、スカラーグルーオンボール、ハイブリッド状態、q̄qメソンの証拠を再評価すること。
• f₀(1370)をq̄q–グルーオンボール混合状態と解釈することを挑戦し、代わりに非q̄q性質を持つもの、おそらく四クォーク状態であると提案すること。
• 量子数JPC = 1⁻⁺を示すエキゾチックメソンが、グルーオン励起状態（ハイブリッド）ではなく四クォーク状態としてより良く説明できるかどうかを評価すること。
• 特にチラル極限における予測に関して、格子QCDの信頼性を疑問視すること、特にグルーオンボールとゴルドストーンボソンの予測に関して。
• tチャネル交換の役割を再評価し、スカラー対称スカラー共鳴状態に与える影響と、sチャネル共鳴状態の数え上げへの影響を検討すること。

提案手法

• sチャネル共鳴状態を特定し、tチャネル交換による汚染を低減するために、放射性J/ψ崩壊、Z⁰崩壊、Ds崩壊の実験的データを分析する。
• ユニタリティと分散関係を用いてスカラー対称スカラーS波振幅を研究し、ππ、KK̄、およびπηチャネルにおける共鳴極を同定する。
• q̄q状態とスカラーグルーオンボールの混合モデルを適用してスペクトルを解釈するが、崩壊パターンを再現できない場合にはモデルを却下する。
• エキゾチックメソンπ₁(1400)とπ₁(1600)の選択則と崩壊パターンを評価し、四クォーク状態とハイブリッド状態の解釈を区別する。
• 格子QCDの予測と実験的観測を比較し、特にチラル極限とパイオンの性質に関して検討する。
• tチャネル交換（例：パイオン交換）が背景構造を生成し、共鳴信号に干渉する役割を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 f₀(1370)は真にq̄q–グルーオンボール混合状態であるのか、それとも四クォーク状態のような非q̄q状態としてより良く説明されるのか？
• RQ2 f₀(1370)をq̄q–グルーオンボール混合から除外した場合、スカラー対称スカラースペクトルが非九重項分類で一貫して記述可能か？
• RQ3 π₁(1400)およびπ₁(1600)メソンの崩壊パターンは、四クォーク状態解釈かハイブリッド解釈か、どちらを支持するか？
• RQ4 tチャネル交換プロセスがスカラー対称スカラー振幅にどの程度寄与しているか、そしてsチャネル共鳴状態の同定にどのように影響するか？
• RQ5 現在の形での格子QCDは、チラル極限においてグルーオンボールの存在とパイオンのゴルドストーン性を信頼性を持って予測できるのか？

主な発見

• f₀(1370)はq̄q–グルーオンボール混合状態である可能性は低い。その崩壊パターンと生成ダイナミクスは、非q̄q性質を示しており、おそらく四クォーク状態であると考えられる。
• f₀(1370)を除外し、f₀(980)をK̄K結合状態とみなした後、残るスカラー状態は一貫した非九重項分類に収まるため、コンパクトなスカラーグルーオンボールの存在余地はない。
• スカラー対称スカラー相互作用における広い背景は、長距離ダイナミクスに起因するものであり、コンパクトな基底状態グルーオンボールに起因するものではない。これは格子QCDの予測と矛盾する。
• 放射性J/ψ崩壊からの証拠では、ππ質量分布に1500 MeV付近に谷が観測され、これはsチャネルグルーオンボール生成ではなく、tチャネルパイオン交換による干渉を示唆する。
• エキゾチックメソンπ₁(1400)とπ₁(1600)の崩壊パターンは、ハイブリッド状態ではなく四クォーク状態と一致しており、グルーオン励起状態の存在を疑問視する。
• 格子QCDの計算はチラル極限において信頼性が低く、パイオンのゴルドストーン性を再現できていない。これはグルーオンボールやハイブリッド状態の予測を根底から揺るがす。