[論文レビュー] Novel Pentaquarks from Diquark-Triquark Model

Ruilin Zhu, Cong‐Feng Qiao|arXiv (Cornell University)|Oct 29, 2015

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 9

ひとこと要約

この論文は、最近観測された charm中間子五価子 $P_c(4380)$ および $P_c(4450)$ を説明するため、有限サイズ効果とスピン軌道相互作用を組み込んだ非局所的二クォーク-三クォークモデルを提案する。このモデルは、$\frac{5}{2}^+$ と $\frac{3}{2}^-$ 态間に約 100 MeV の小さな質量スプリングを予測し、$P_c(4450)$ の幅が狭いことと $P_c(4380)$ の幅が広いことの自然な説明を与え、今後の実験的検証が可能な新しい五価子状態を同定する。

ABSTRACT

We use constituent diquark-triquark model to explain the charmonium-pentaquark states, i.e. $P_c(4380)$ and $P_c(4450)$ which have been recently discovered by the LHCb collaboration. We analyze the color attractive configuration for the triquark and define the nonlocal wave functions for the pentaquark state for the first time, where both diquark and triquark are not a compact pointlike, but have a nonzero size. An effective diquark-triquark Hamiltonian based on spin-orbital interaction is established. One then obtain the minimum orbital excitation mass splitting between $\frac{5}{2}^+$ and $\frac{3}{2}^-$ can be near $100$MeV, which naturally clarifies the challenging issue, i.e. the small mass splitting between $P_c(4450)$ and $P_c(4380)$. The issue that broad decay width of $P_c(4380)$ and narrow decay width of $P_c(4450)$ can also be understood in this model. The predicted novel pentaquarks can be tested from experiment, which can inspect the diquark-triquark model conversely.

研究の動機と目的

• 従来のモデルが挑戦する、$P_c(4450)$ と $P_c(4380)$ の五価子間の小さな質量スプリングを説明すること。
• 一貫した枠組みの中で、$P_c(4380)$ は広い崩壊幅、$P_c(4450)$ は狭い崩壊幅を示すという相反する性質を説明すること。
• 点粒子近似を避けるために、二クォークおよび三クォーククラスターの非局所的波動関数形式を構築すること。
• 観測済みのものとは異なる新たな五価子状態を予測し、将来的な実験による検証が可能となるようにすること。

提案手法

• 二クォークおよび三クォーククラスターが非ゼロの空間的広がりを持つ非局所的二クォーク-三クォークモデルを構築する。
• 三クォーク状態を色の反バリオン状態として定義し、五価子状態で色 singlet が形成されることを保証する。
• 二クォークと三クォーク成分間のスピン軌道相互作用に基づいて有効ハミルトニアンを構築する。
• 非局所的波動関数を用いて有限サイズ効果を組み込み、点粒子近似を越えたハドロン構造の記述を改善する。
• 有効ハミルトニアンを用いて、$\frac{5}{2}^+$ および $\frac{3}{2}^-$ 态の軌道励起状態間の質量スプリングを計算する。
• モデルのスペクトルから新たな五価子状態の予測を導出し、実験的検証を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 二クォーク-三クォーク枠組みにおいて、$P_c(4450)$ と $P_c(4380)$ の五価子間の小さな質量スプリング（約 100 MeV）をどのように説明できるか？
• RQ2 このモデルは、$P_c(4380)$ の広い崩壊幅と $P_c(4450)$ の狭い崩壊幅をどのように説明できるか？
• RQ3 二クォークおよび三クォーククラスターの非局所的構造が、五価子の質量と幅を決定する上で果たす役割は何か？
• RQ4 このモデルが予測する、将来的な実験で検証可能な新たな五価子状態は何か？
• RQ5 有効ハミルトニアンにスピン軌道相互作用を組み込むと、charm中間子五価子の質量スペクトルにどのように影響を与えるか？

主な発見

• モデルは、$\frac{5}{2}^+$ と $\frac{3}{2}^-$ 态の間で最小の軌道励起質量スプリングが約 100 MeV であると予測し、$P_c(4450)$ と $P_c(4380)$ 間の観測された小さなスプリングと整合する。
• $P_c(4380)$ の広い崩壊幅と $P_c(4450)$ の狭い崩壊幅は、モデルのスピン軌道相互作用と非局所的構造によって自然に説明される。
• 非局所的波動関数による有限サイズ効果の組み込みにより、点粒子近似を越えた五価子状態の記述が改善される。
• モデルは、現在観測済みの $P_c(4380)$ および $P_c(4450)$ を超える新たな五価子状態の存在を予測し、将来的な実験による検証が可能となる。
• スピン軌道相互作用に基づく有効二クォーク-三クォークハミルトニアンは、観測された五価子スペクトルの主要な特徴をうまく再現する。