[论文解读] Resolving the SELEX--LHCb Double-Charm Baryon Conflict: The Impact of Intrinsic Heavy-Quark Hadroproduction and Supersymmetric Light-Front Holographic QCD

Stanley J. Brodsky, Groote, S.+1 more|OSTI OAI (U.S. Department of Energy Office of Scientific and Technical Information)|Sep 28, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 5

一句话总结

本文通过提出质子波函数中的内在重夸克 Fock 涉态可实现大 $x_F$ 处的强子产生，解决了 SELEX 与 LHCb 双粲重子测量之间的表观矛盾，解释了 SELEX 观测到的 $3520\,\text{MeV}/c^2$ 状态与 LHCb 检测到的更重的 $3621.4\,\text{MeV}/c^2$ 状态为不同二夸克构型。超对称轻前缘全息 QCD 支持该谱学结构，质量差归因于自旋依赖的二夸克结构。

ABSTRACT

In this paper we show that the intrinsic heavy-quark QCD mechanism for the hadroproduction of heavy hadrons at large $x_F$ can resolve the apparent conflict between measurements of double-charm baryons by the SELEX fixed-target experiment and the LHCb experiment at the LHC collider. We show that both experiments are compatible, and that both results can be correct. The observed spectroscopy of double-charm hadrons is in agreement with the predictions of supersymmetric light front holographic QCD.

研究动机与目标

• 调和 SELEX 在高 $x_F$ 处观测到的 $3520\,\text{MeV}/c^2$ 双粲重子与 LHCb 在低 $x_F$ 处探测到的 $3621.4\,\text{MeV}/c^2$ 状态之间的差异。
• 证明质子波函数中的内在重夸克 Fock 涉态 $|uudc\bar{c}\rangle$ 与 $|uudc\bar{c}c\bar{c}\rangle$ 可在大 $x_F$ 处实现共轭形成 $|qcc\rangle$ 状态。
• 表明双粲重子的观测谱学与超对称轻前缘全息 QCD 的预测一致。
• 解释为何 SELEX 与 LHCb 实验的 $x_F$ 依赖接受度导致两者探测到不同状态，尽管两者均正确。
• 提出两状态间的辐射跃迁因径向波函数重叠极小而被抑制，提供可检验的预测。

提出的方法

• 应用含超对称代数的轻前缘全息 QCD 来建模多重重夸克重子的谱学结构。
• 使用算符乘积展开估算内在重夸克 Fock 涉态的概率，其标度为 $1/m_Q^2$。
• 通过共轭机制建模强子产生：在相同快度下，共动夸克从内在 $|uudc\bar{c}\rangle$ 与 $|uudc\bar{c}c\bar{c}\rangle$ Fock 涉态中形成。
• 将 SELEX 的 $x_F > 0.1$ 数据与 LHCb 的 $x_F \approx 0.15$ 与 $0.09$ 范围进行比较，以解释运动学上的排他性。
• 分析 NA3 实验中双-$J/\psi$ 产生数据，作为双内在粲夸克产生率的基准。
• 估算由于径向波函数重叠极小，$|qcc\rangle$ 状态间辐射跃迁的抑制效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 SELEX 与 LHCb 的双粲重子测量之间的表观矛盾是否可通过内在重夸克 Fock 涉态解决？
• RQ2 为何 SELEX 在高 $x_F$ 处观测到 $3520\,\text{MeV}/c^2$ 状态，而 LHCb 在低 $x_F$ 处探测到 $3621.4\,\text{MeV}/c^2$ 状态？
• RQ3 内在重夸克机制如何解释大 $x_F$ 处 $qcc$ 状态的共轭形成？
• RQ4 双粲重子的观测谱学是否与超对称轻前缘全息 QCD 的预测一致？
• RQ5 为何 $3621\to3520\,\text{MeV}/c^2$ 状态间的辐射跃迁强烈受抑制？

主要发现

• SELEX 对 $\Xi_{cc}^{+}\to\Lambda_{c}^{+}K^{-}\pi^{+}$ 的观测结果为 $15.9 \pm \sqrt{6.1}$ 个信号事例，与高 $x_F$ 处的内在重夸克强子产生一致。
• LHCb 在 $3621.40 \pm 0.72\,\text{MeV}/c^2$ 处对 $\Xi_{cc}^{++}\to\Lambda_{c}^{+}K^{-}\pi^{+}\pi^{+}$ 的 $313 \pm 33$ 个事例，可由低 $x_F$ 处的胶子融合解释，而非内在粲夸克。
• SELEX 与 LHCb 状态间 $103\,\text{MeV}/c^2$ 的质量差归因于不同的二夸克自旋构型：$|[dc]c\rangle_{1/2^+}$ 与 $|u(cc)\rangle$。
• 双粲重子的产生率与双夸克球产生率相关，二者均源于相同的双内在粲夸克 Fock 涉态。
• 由于径向波函数重叠极小，两状态间的辐射跃迁被强烈抑制，使其难以探测。
• LHCb 的有限 $x_F$ 接受度（$\approx 0.09-0.15$）使其无法探测到 $3520\,\text{MeV}/c^2$ 状态，而 SELEX 的 $x_F > 0.1$ 范围则成功捕获了该状态。