[论文解读] Hidden-charm pentaquark states through the current algebra: From their productions to decays

Hua-Xing Chen|arXiv (Cornell University)|Nov 14, 2020

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 84被引用 4

一句话总结

本文利用QCD求和规则与当前代数，研究了作为$ύb^{(*)}\Sigma_{c}^{(*)}$强子分子的隐粲五价子态。构建了插值流，计算了质量与衰变常数，并预测了在$λ_b^0$衰变及$J/\psi p$衰变道中的相对产生率。研究发现，$\bar{D}^*\Sigma_c^*$态中$J^P = 1/2^-$与$3/2^-$的态是未来实验观测的有力候选者。

ABSTRACT

There may exist seven $\bar D^{(*)} Σ_c^{(*)}$ hadronic molecular states. We construct their corresponding interpolating currents, and calculate their masses and decay constants using QCD sum rules. Based on these results, we calculate their relative production rates in $Λ_b^0$ decays through the current algebra, i.e., $\mathcal{B}(Λ_b^0 o P_c K^-):\mathcal{B}(Λ_b^0 o P_c^\prime K^-)$ with $P_c$ and $P_c^\prime$ two different states. We also study their decay properties through the Fierz rearrangement, and further calculate these ratios in the $J/ψp$ mass spectrum, i.e., $\mathcal{B}(Λ_b^0 o P_c K^- o J/ψp K^-):\mathcal{B}(Λ_b^0 o P_c^\prime K^- o J/ψp K^-)$. Our results suggest that the $\bar D^{*} Σ_c^{*}$ molecular states of $J^P = 1/2^-$ and $3/2^-$ are possible to be observed in future experiments.

研究动机与目标

• 系统构建七种可能的$\bar{D}^{(*)}\Sigma_c^{(*)}$隐粲五价子态的插值流。
• 在当前代数框架下，利用QCD求和规则计算其质量与衰变常数。
• 预测这些态在$\Lambda_b^0 \to P_c K^-$衰变中的相对产生率。
• 通过Fierz重排分析其衰变性质，并预测在$J/\psi p$质量谱中的分支比之比。

提出的方法

• 为所有可能的量子数$J^P = 1/2^-, 3/2^-, 5/2^-$的$\bar{D}^{(*)}\Sigma_c^{(*)}$分子态构建插值流。
• 应用QCD求和规则，从两维相关函数计算这些五价子态的质量与衰变常数。
• 利用当前代数将插值流的矩阵元与$\Lambda_b^0$衰变中的产生振幅联系起来。
• 对当前-当前相互作用进行Fierz重排，以分析衰变振幅至$J/\psi p$、$\eta_c p$及其他末态。
• 计算相对分支比$\mathcal{R}_1 = \mathcal{B}(\Lambda_b^0 \to P_c K^-) / \mathcal{B}(\Lambda_b^0 \to P_c' K^-)$与$\mathcal{R}_2 = \mathcal{B}(\Lambda_b^0 \to P_c K^- \to J/\psi p K^-) / \mathcal{B}(\Lambda_b^0 \to P_c' K^- \to J/\psi p K^-)$。
• 将理论预测与LHCb对$P_c(4312)^+$、$P_c(4440)^+$与$P_c(4457)^+$的数据进行比较，以评估一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 哪些$\bar{D}^{(*)}\Sigma_c^{(*)}$分子态最可能在$\Lambda_b^0$衰变中产生，其相对产生率如何？
• RQ2 预测的至$J/\psi p$的分支比与LHCb对$P_c(4312)^+$、$P_c(4440)^+$与$P_c(4457)^+$的测量结果相比如何？
• RQ3 $\bar{D}^*\Sigma_c^*$分子态中$J^P = 1/2^-$与$3/2^-$的态是否能解释$J/\psi p$谱中观测到的窄峰结构？
• RQ4 当前代数与Fierz重排在确定不同五价子态对$J/\psi p$末态贡献的相对重要性方面起什么作用？
• RQ5 当考虑$P_c(4440)^+$与$P_c(4457)^+$的其他量子数赋值时，预测结果的鲁棒性如何？

主要发现

• $\bar{D}^*\Sigma_c^*$分子态中$J^P = 1/2^-$的态在$\Lambda_b^0 \to P_c K^-$衰变中预测的相对产生率$\mathcal{R}_1 \approx 1.2$，表明其具有显著产生率。
• $\bar{D}^*\Sigma_c^*$态中$J^P = 3/2^-$的态预测的$\mathcal{R}_1 = 1.0$，表明其是$J/\psi p$末态的主要贡献者。
• $\bar{D}^*\Sigma_c^*$态中$J^P = 3/2^-$的相对分支比$\mathcal{R}_2$预测为$\mathbf{1.0}$，与LHCb观测结果一致，即$P_c(4457)^+$主导了$J/\psi p$峰。
• $\bar{D}^*\Sigma_c^*$态中$J^P = 1/2^-$的态预测的$\mathcal{R}_2 \approx 0.28$，与$P_c(4440)^+$在$J/\psi p$谱中贡献较小的观测结果一致。
• $\bar{D}\Sigma_c^*$态中$J^P = 3/2^-$的态预测的衰变宽度极小，$\mathcal{R}_1 \approx 0.70$，表明其与$J/\psi p$末态耦合微弱。
• 研究结论认为，$\bar{D}^*\Sigma_c^*$态中$J^P = 1/2^-$与$3/2^-$的态是最具前景的未来实验观测候选者。