[論文レビュー] Interaction of the pseudoscalar glueball with (pseudo)scalar mesons and nucleons

Walaa I. Eshraim, Stanislaus Janowski+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 18, 2012

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 13被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、格子QCDによって予測される〜2.6 GeVの準古典的グルーオン状態（ペシスカラグルーオン）と(擬)スカラー中間子および陽子の相互作用を研究するためのキラル有効ラグランジュアン枠組みを提案する。中間子およびバリオンモードの崩壊分岐比を導出し、特にK⁰K̄⁰π⁰チャンネルにおける中間スカラー中間子を介した三体崩壊におけるわずかだが無視できない干渉効果を特定し、PANDA実験に向けた陽子-陽陽子対消滅過程における崩壊幅比Γ(Ḡ→N̄N) / Γ(Ḡ→N̄N*+h.c.)が1.94であると予測する。

ABSTRACT

We study the interactions of the pseudoscalar glueball with scalar and pseudoscalar quark-antiquark meson fields and with the nucleon and its chiral partner. In both cases we introduce the corresponding chiral Lagrangian and discuss its properties. We calculate the mesonic and baryonic decays of a pseudoscalar glueball with mass of about 2.6 GeV as predicted by Lattice simulations.

研究の動機と目的

• ペシスカラグルーオンが(擬)スカラー中間子および陽子と相互作用するためのキラル有効ラグランジュアンを構築すること。
• 質量〜2.6 GeVのペシスカラグルーオンの二体および三体崩壊の分岐比を計算すること。
• 中間スカラー中間子を介した三体崩壊における干渉効果、特にK⁰K̄⁰π⁰チャンネルにおけるものについて分析すること。
• グルーオンが陽子およびそのキラル同伴とどのように結合するかを記述するキラルラグランジュアンを構築し、陽子-陽子対消滅過程に関連付けること。
• PANDA実験での実験的検証を想定して、Γ(Ḡ→N̄N) と Γ(Ḡ→N̄N*+h.c.) の崩壊幅比を予測すること。

提案手法

• グルーオンがスカラーおよび擬スカラー中間子多重項Φと結合する過程を記述するための有効キラルラグランジュアン L_int^{Ḡ-mesons} = i c_{ḠΦ} Ḡ (detΦ − detΦ†) を構築する。
• SU(3)L × SU(3)Rおよびパリティ/電荷共役の下での不変性を確認するため、キラル対称性変換および離散的対称性（P, C）を適用する。
• 場のシフト σN,S → σN,S + φN,S を用いたスカラー対称性の自発的破れの記述と、擬スカラー中間子の波動関数の正規化を導入する。
• 導出されたラグランジュアンを用いて二体および三体崩壊幅を評価し、中間スカラー中間子に起因する干渉項を含める。
• バリオン系に適したキラルラグランジュアン L_int^{Ḡ-baryons} = i c_{ḠΨ} Ḡ (Ψ̄₂Ψ₁ − Ψ̄₁Ψ₂) を提案し、グルーオンが陽子二重項場Ψ₁, Ψ₂と結合することを記述する。
• バリオン系ラグランジュアンとミラー割り当て形式を用いて、崩壊幅比 Γ(Ḡ→N̄N)/Γ(Ḡ→N̄N*+h.c.) = 1.94 を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ペシスカラグルーオンが(擬)スカラー中間子への二体および三体崩壊の分岐比は何か？
• RQ2 中間スカラー中間子が擬スカラーに崩壊する場合、三体崩壊における干渉効果はどの程度顕著か？
• RQ3 ペシスカラグルーオンが陽子およびそのキラル同伴と結合する強さと崩壊パターンは何か？
• RQ4 陽子-陽子対消滅過程 pp̄ → Ḡ はキラル不変なラグランジュアンで記述可能か？
• RQ5 Γ(Ḡ→N̄N) と Γ(Ḡ→N̄N*+h.c.) の崩壊幅比は何か？

主な発見

• 三体崩壊 Ḡ → K⁰K̄⁰π⁰における干渉項は、結合定数g > 0の場合、全幅の約7.3%に寄与すると推定されるが、g < 0の場合にはわずか2.2%にとどまる。
• モデルの結果がg < 0を示唆していることから、干渉効果は小さい（≤2.2%）ため、初めの近似では無視可能であるが、将来的な高精度研究では含めるべきである。
• グルーオン-バリオン相互作用のキラルラグランジュアンが構築され、キラル不変性が保証されており、pp̄ → Ḡ の過程がキラルの抑制を受けることなく記述可能であることが示された。
• ミラー割り当て形式とバリオン系ラグランジュアンを用いて、崩壊幅比 Γ(Ḡ→N̄N)/Γ(Ḡ→N̄N*+h.c.) が1.94に予測された。
• 結合定数c_{ḠΨ}の値は未定だが、予測された幅比はその絶対値に依存しないため、PANDA実験で検証可能である。
• モデルは、FAIRのPANDA実験において陽子-陽子対消滅を通じてグルーオンが生成可能であり、N̄N最終状態への分岐比が顕著に大きいと予測している。