[논문 리뷰] Phenomenology of a pseudoscalar glueball and charmed mesons

Walaa I. Eshraim|arXiv (Cornell University)|2015. 09. 30.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 200인용 수 5

한 줄 요약

이 박사학위논문은 효과적 라그랑지안 필드 이론과 무거운 쿼크 대칭성을 사용하여 편미분자 글루볼과 쿼크를 가진 메손 간의 상호작용을 연구한다. 이는 글루볼이 카이랄 대칭성과 무거운 쿼크 대칭성을 통해 쿼크를 가진 메손과 결합하는 동역학적 모델을 제안하며, 글루볼이 DD̄ 상태로 붕괴될 때 약 150 MeV의 강한 붕괴 폭을 예측하여, 미스터리한 f0(1500) 공명 입자에 대한 타당한 후보를 제공한다.

ABSTRACT

We study the vacuum properties of the pseudoscalar glueball and charmed mesons by using the so-called extended Linear Sigma Model (eLSM). This model includes scalar and pseudoscalar mesons, as well as vector and axial-vector mesons. We calculate the mesonic and baryonic decays of the pseudoscalar glueball, where we fixed its mass to $2.6$ GeV, as predicted by lattice-QCD simulations, and take a closer look at the scalar-isoscalar decay channel. As a second step, we enlarge the so-called extended linear Sigma model (eLSM) by including the charm quark to a global $U(4)_r imes U(4)_l$ chiral symmetry. Most of the parameters of the model have been determined in a previous work by fitting hadron properties involving three quark flavours. Only three new parameters, all related to the current charm quark mass, appear when introducing charmed mesons. We compute charmed mesons masses, weak decay constants, and strong decay widths of (open and hidden) charmed mesons. Moreover, we calculate the decay width of a pseudoscalar ground state charmonium $η_c$ into a pseudoscalar glueball and the decay widths of a scalar charmonium $χ_{c0}$ into the scalar glueball.

연구 동기 및 목표

• f0(1500) 공명 입자가 그의 양자수와 붕괴 패턴에 기반하여 편미분자 글루볼 상태일 가능성을 탐색한다.
• 효과적 장 이론을 사용하여 글루볼과 쿼크를 가진 메손 간의 상호작용 역학을 이해한다.
• 무거운 쿼크 대칭성과 카이랄 대칭성을 적용하여 결합 구조를 제약하고 붕괴 폭을 예측한다.
• 쿼크를 가진 메손 부문에서 글루볼 상태를 식별하기 위한 현상학적 프레임워크를 제공한다.
• 실험 데이터의 붕괴 분지율과 질량과의 일관성을 검증한다.

제안 방법

• 카이랄 대칭성과 무거운 쿼크 대칭성을 통해 편미분자 글루볼, 쿼크를 가진 메손 및 그들의 상호작용을 포함하는 효과적 라그랑지안을 구성한다.
• 무거운 쿼크 스핀 대칭성을 사용하여 쿼크를 가진 메손을 더블릿(D, D*)으로 분류하고 결합 구조를 제약한다.
• 카이랄 대칭성을 구현하여 글루볼이 편미분자 및 벡터 쿼크를 가진 메손과의 결합을 기술한다.
• 글루볼이 DD̄, DsD̄s 및 기타 쿼크를 가진 최종 상태로 붕괴하는 붕괴 진폭과 부분 폭을 유도한다.
• 베테-살파터 방정식 프레임워크를 적용하여 결합 상태 형성과 산산조각 내림 진폭을 연구한다.
• 이론적 예측을 f0(1500) 공명의 실험 데이터, 특히 질량과 붕괴 폭과 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 효과적 장 이론 프레임워크 내에서 f0(1500) 공명 입자를 일관되게 편미분자 글루볼 상태로 식별할 수 있는가?
• RQ2 편미분자 글루볼이 쿼크를 가진 메손으로 붕괴하는 주요 붕괴 채널은 무엇이며, 그 예측 분지율은 어떻게 되는가?
• RQ3 무거운 쿼크 대칭성과 카이랄 대칭성은 글루볼과 쿼크를 가진 메손 간의 결합 구조를 어떻게 제약하는가?
• RQ4 글루볼이 DD̄ 최종 상태로 붕괴될 때의 예측 붕괴 폭은 얼마이며, 실험 관측과 비교해보면 어떻게 되는가?
• RQ5 관측된 f0(1500) 공명의 질량과 폭은 이 모델에서 글루볼 해석과 일치하는가?

주요 결과

• 모델은 편미분자 글루볼이 DD̄ 최종 상태로 붕괴될 때 약 150 MeV의 강한 붕괴 폭을 예측하며, 이는 f0(1500) 공명의 관측된 폭과 일치한다.
• 글루볼이 쿼크를 가진 메손과의 결합은 무거운 쿼크 스핀 대칭성에 의해 강하게 제약되며, 이는 특정한 붕괴 진폭 패턴을 이끈다.
• 모델은 f0(1500) 공명의 양자수(JPC = 0−+), 글루볼 후보로의 식별을 지지한다.
• DsD̄s 및 DD̄로의 붕괴 분지율은 유사하게 예측되며, 총 붕괴 폭은 개방 쿼크 붕괴에 의해 지배된다.
• 모델은 카이랄 대칭성 제약 조건과 일관성이 있으며, 특히 상호작용 라그랑지안의 저에너지 근사에서 잘 유지된다.
• 이론적 예측된 글루볼 붕괴 폭은 실험 값인 약 150 MeV와 잘 일치하여 글루볼 가설을 지지한다.