[論文レビュー] Possible nature of $Z^+(4430)$

С.С. Герштейн, А. К. Лиходед+1 more|ArXiv.org|Sep 13, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、$Z^+(4430)$共鳴状態が、色八重項配置におけるコンpactな四クォーク状態（$c\bar{c}q\bar{q}$）として生じる可能性を提唱する。これは、フラックスチューブを用いたQCDストリングモデルによって記述される。SU(3)表現理論を用いて、このような状態が、クォークの色閉じ込めのストリング像において自然に出現することを示し、Exotic量子数や$\psi'\pi^+$のような崩壊モードを説明する。このモデルは、$B$-ボソン崩壊におけるExoticハドロンスペクトルスコピーモデルに応用可能である。

ABSTRACT

We discuss exotic states X(3872) and $Z^+(4430)$, observed recently in experiment Belle. The QCD-string based explanation is suggested.

研究の動機と目的

• Belle実験で観測された$Z^+(4430)$共鳴状態のExotic性を説明すること。
• 色八重項$c\bar{c}$ペアを有するコンパクトな四クォーク状態をQCDストリングに基づくモデルとして提唱すること。
• $Z^+(4430)$の観測された崩壊モード、特に$\psi'\pi^+$を統一的枠組み内で説明すること。
• $B$-および$b$バリオン崩壊におけるExotic状態、例えば奇妙量子数を有する四クォーク状態（$Z_s$, $X_s$）およびペントアクォーク（$\Pi_{c\bar{c}}$）の予測へモデルを拡張すること。

提案手法

• クォークの閉じ込めを記述するためのQCDストリングモデルに、色電場フラックスチューブを導入し、それを四クォーク系へ拡張する。
• 四クォーク系のための$q\bar{q}$状態を、反対称な$\bar{3}\otimes\bar{3}$配置へ写像するため、SU(3)色表現理論を適用する。
• ストリング再接続メカニズム（図5に示す）を用いて崩壊ダイナミクスを分析し、$D^{(*)}\bar{D}^{(*)}$のような非自明な崩壊チャネルを説明する。
• $B \to K + X_{c\bar{c}}$崩壊における$c\bar{c}$状態の生成率を比較することで、$\sim 1$ fmの特徴的サイズと、色八重項配置の優位性を推定する。
• $2.5{-}3.8$ GeVのエネルギー範囲において$c\bar{c}$質量が運動量にほとんど依存しないことから、$\sim 1$ fmの形成スケールを推定し、コンパクト性を支持する。
• 図4〜6に示すように、異なる崩壊トポロジーを持つ、四クォークおよびペントアクォークの配置を表すグラフィカルモデルを構築する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 QCDストリングモデル内において、$Z^+(4430)$共鳴状態はコンパクトな四クォーク状態として説明可能か？
• RQ2 色八重項$c\bar{c}$配置は、Exotic状態の形成および崩壊にどのような役割を果たすか？
• RQ3 ストリング再接続メカニズムは、Exotic四クォーク状態の$\psi'\pi^+$のような崩壊モードをどのように可能にするか？
• RQ4 このモデルは、$Z_s$ や $\Pi_{c\bar{c}}$ のような他のExotic状態の存在にどのような含意を持つか？
• RQ5 Exotic性にもかかわらず、$Z^+(4430)$の生成率が従来のチャーミオン状態と同等であるのはなぜか？

主な発見

• 本モデルは、$Z^+(4430)$共鳴状態が、色八重項配置にあるコンパクトな四クォーク状態であると提唱し、QCDストリングモデルと整合的である。
• 観測された$\psi'\pi^+$崩壊モードは、単なるクォーク対生成ではなく、ストリング再接続の結果であると説明できる。
• 生成率が従来のチャーミオン状態と同等であることは、$\sim 1$ fmの形成スケールを示し、コンパクト性を支持する。
• モデルは、$Z^+(4430)$より質量が$\sim 0.15$ GeV重いExoticな奇妙量子数を有する四クォーク状態$Z_s$および$X_s$の存在を予測する。
• この枠組みはペントアクォークへ拡張可能であり、$\Lambda_b \to \Pi_{c\bar{c}} K$崩壊において$\Pi_{c\bar{c}} \to \psi' N$の崩壊モードを予測する。
• Exotic状態$X(3872)$も同様にコンパクトな四クォーク状態として解釈され、$D^0\bar{D}^{0*}$への崩壊はストリング再接続ダイナミクスによって説明可能である。