[論文レビュー] Probing the long-range structure of the $T_{cc}^+$ with the strong and electromagnetic decays

Lu Meng, Guang-Juan Wang+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 30, 2021

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、結合エネルギーと混合角を介してカップルドチャネル効果的場理論を用いて、$T_{cc}^+$四クォーク状態の結合定数を関係づけることで、その長距離構造を調査する。強いおよび電磁的衰えの主要な幅を予測し、$T_{cc}^+ \to D^0D^0\pi^+$ が最大の幅を持つことが判明。これは、$|D^{*+}D^0\rangle$-優勢な分子状態を支持するものであり、カットオフに依存せず、事前にアイソスピンを割り当てない条件下でも、単一チャネルでは $59.7^{+4.6}_{-4.4}$ keV、アイソスピンスイングル状態では $46.7^{+2.7}_{-2.9}$ keV の全幅を持つ。

ABSTRACT

Very recently, the LHCb Collaboration reported the doubly charmed tetraquark state $T_{cc}^+$ below the $D^{*+}D^0$ threshold about $273$ keV. As a very near-threshold state, its long-distance structure is very important. In the molecular scheme, we relate the coupling constants of $T_{cc}^+$ with $D^{*0}D^+$ and $D^{*+}D^0$ to its binding energy and mixing angle of two components with a coupled-channel effective field theory. With the coupling constants, we investigate the kinetically allowed strong decays $T_{cc}^+ o D^0D^0π^+$, $T_{cc}^+ o D^+D^0π^0$ and radiative decays $D^+D^0 γ$. Our results show that the decay width of $T_{cc}^+ o D^0D^0π^+$ is the largest one, which is just the experimental observation channel. Our theoretical total strong and radiative widths are in favor of the $T_{cc}^+$ as a $|D^{*+}D^0 angle$ dominated bound state. The total strong and radiative width in the single channel limit and isospin singlet limit are given as $59.7^{+4.6}_{-4.4} ext{ keV}$ and $46.7^{+2.7}_{-2.9} ext{ keV}$, respectively. Our calculation is cutoff-independent and without prior isospin assignment. The absolute partial widths and ratios of the different decay channels can be used to test the structure of $T_{cc}^+$ state when the updated experimental results are available.

研究の動機と目的

• $D^{*+}D^0$ 閾値以下の $T_{cc}^+$ 四クォーク状態の長距離構造を特定すること。
• カップルドチャネル効果的場理論を用いて、$T_{cc}^+$ の $D^{*0}D^+$ および $D^{*+}D^0$ への結合定数を、結合エネルギーと混合角に関連付けること。
• 事前にアイソスピンを割り当てず、力学的許可された強い崩壊（$T_{cc}^+ \to D^0D^0\pi^+$、$D^+D^0\pi^0$）および電磁的崩壊（$D^+D^0\gamma$）を計算すること。
• 将来の実験データによる $T_{cc}^+$ 構造の検証に役立つ、カットオフに依存しない部分幅および崩壊比の予測を提供すること。

提案手法

• カップルドチャネル効果的場理論を用いて、$T_{cc}^+$ の結合定数を $D^{*+}D^0$ および $D^{*0}D^+$ 成分の結合エネルギーと混合角に関連付ける。
• ユニタリティおよびアイソスピン破れ形式を適用し、長距離のパイオン交換と短距離・中距離相互作用を含む分子状態として $T_{cc}^+$ をモデル化する。
• フェルミンダイアグラムを用いて強い崩壊振幅を計算し、$g_\pi \approx 11.9$ のアイソスピン対称性から得られる $D^{*+} \to D^+\pi^0$ および $D^{*0} \to D^0\pi^0$ 頂点を組み込む。
• 電磁的崩壊振幅を、$g_\gamma$ でパラメータライズされた $D^{*} \to D\gamma$ 頂点を用いて計算し、$D^{*0}$ の幅を 40–80 keV の範囲に仮定する。
• 干渉をオフにし、$\cos\theta, \sin\theta = 1$ に設定することで、主要な図式を特定するため、部分幅を評価する。
• すべての物理的入力に対する不確実性評価を実施し、最終結果がカットオフに依存しないことを保証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 崩壊パターンに基づき、$T_{cc}^+$ 状態の支配的分子成分は $|D^{*+}D^0\rangle$ か $|D^{*0}D^+\rangle$ のどちらか。
• RQ2 $T_{cc}^+$ の強いおよび電磁的崩壊幅は、その結合エネルギーと混合角にどのように依存するか。
• RQ3 $T_{cc}^+ \to D^0D^0\pi^+$、$D^+D^0\pi^0$、$D^+D^0\gamma$ の崩壊幅比は、異なる分子配置を区別できるか。
• RQ4 $D^{*0}$ の幅の不確実性およびカットオフ依存性に対して、$T_{cc}^+$ 構造はどの程度頑健か。
• RQ5 理論的予測は、LHCb のユニタリゼーションされたブレイト・ウィグナー解析とどの程度一致するか。

主な発見

• $T_{cc}^+ \to D^0D^0\pi^+$ の崩壊幅は、すべての力学的許可された強い崩壊の中で最大であり、実験的に観測されたチャンネルと一致する。
• 単一チャネル極限における全強いおよび電磁的崩壊幅は $59.7^{+4.6}_{-4.4}$ keV であり、すべてのチャネルを含めた場合に $\Gamma \approx 410$ keV と LHCb の観測と整合的である。
• アイソスピンスイングル状態における全幅は $46.7^{+2.7}_{-2.9}$ keV であり、LHCb のユニタリゼーションされたブレイト・ウィグナー結果 $47.8 \pm 1.9$ keV と良好に一致する。
• 強い崩壊の支配的図式は (s_b) であり、他の図式よりも約4倍の寄与を示し、電磁的崩壊では (r_b) が支配的である。
• 結果はカットオフに依存せず、事前にアイソスピンを割り当てないため、信頼性とモデルの独立性が向上する。
• 部分幅比および絶対幅は、将来の実験的検証に向けた明確なテストベッドを提供する。