[논문 리뷰] Strange hidden-charm tetraquarks in constituent quark models

Xin Jin, Xuejie Liu외 3명|arXiv (Cornell University)|2020. 11. 23.

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 카르마틱 쿼크 모형(ChQM)과 쿼크 분산 색 스크리닝 모형(QDCSM)을 사용하여 이상한 히든-체어 테트라쿼크 $cs\bar{c}\bar{u}$를 조사하며, 이중열-반이중열 및 메손-메손 구성에 중점을 둔다. 유계 상태는 발견되지 않았으며, 분자의 해석 가능성을 배제하지만, $Z_{cs}(3985)^{-}$ 질량 근처에 $IJ^P = \frac{1}{2}0^+$ 또는 $\frac{1}{2}1^+$인 가능성이 있는 밀집 공명 상태를 규명하여, 이 상태가 밀집 테트라쿼크 공명일 가능성이 있음을 시사한다.

ABSTRACT

Inspired by the newly reported $Z_{cs}(3985)^{-}$ by the BESIII Collaboration, we systematically investigate the strange hidden-charm tetraquark systems $cs\bar{c}\bar{u}$ with two structures: meson-meson and diquark-antidiquark. Two quark models: the chiral quark model (ChQM) and the quark delocalization color screening model (QDCSM) are used here. Similar results are obtained in both two quark models. There is no any bound state in either ChQM or QDCSM, which excludes the molecular state explanation ($D_{s}D^{*}/D_{s}^{*}D/D_{s}^{*}D^{*}$) of the reported $Z_{cs}(3985)^{-}$. However, the effective potentials for the diquark-antidiquark $cs\bar{c}\bar{u}$ systems shows the possibility of some resonance states with mass range of $3916.5\sim 3964.6$ MeV for $IJ^{P}=\frac{1}{2} 0^{+}$, $4008.8\sim 4091.2$ MeV for $IJ^{P}=\frac{1}{2} 1^{+}$, $4246.8\sim 4418.1$ MeV for $IJ^{P}=\frac{1}{2} 2^{+}$. So the observed $Z_{cs}(3985)^{-}$ state is possible to be explained as a compact resonance state composed of $cs\bar{c}\bar{u}$ with $IJ^{P}=\frac{1}{2} 0^{+}$ or $IJ^{P}=\frac{1}{2} 1^{+}$. The study of the scattering process of corresponding open channels is under way to check this conclusion.

연구 동기 및 목표

• 이상한 히든-체어 테트라쿼크 시스템 $cs\bar{c}\bar{u}$에서의 유계 또는 공명 상태 존재 여부를 조사하는 것.
• 카르마틱 쿼크 모형(ChQM)과 쿼크 분산 색 스크리닝 모형(QDCSM)이라는 두 쿼크 모형의 예측을 이 시스템에 대해 비교하는 것.
• 최근 관측된 $Z_{cs}(3985)^{-}$ 상태가 분자 상태가 아니라 밀집 공명 상태로 설명될 수 있는지 확인하는 것.
• 이러한 이색 상태를 형성하는 데 있어 이중열-반이중열 구성과 메손-메손 구성 간의 역할을 평가하는 것.
• 채널 결합 및 구속 효과가 에너지 스펙트럼과 공명 형성에 미치는 영향을 평가하는 것.

제안 방법

• 1-글루온 교환, 골드스톤 보손 교환, 카르마틱 $\sigma$-메손 교환을 통해 상호작용을 기술하기 위해 카르마틱 쿼크 모형(ChQM)을 적용하는 것.
• 다중쿼크 시스템에서 색 스크리닝 및 쿼크 분산 효과를 고려하기 위해 쿼크 분산 색 스크리닝 모형(QDCSM)을 적용하는 것.
• 유계 상태를 찾기 위해 메손-메손 및 이중열-반이중열 구성에 대해 체계적 유계 상태 계산을 수행하는 것.
• 서브클러스터 간 상호작용을 연구하고 공명 형성 조건을 규명하기 위해 효과적 잠재력의 아디아바틱 계산을 수행하는 것.
• 이중열-반이중열 구성에서 채널 결합 효과를 포함하여 에너지 준위 예측을 정밀화하는 것.
• 두 모형의 결과를 비교하여 예측의 일관성과 모형 의존성을 평가하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Can the $Z_{cs}(3985)^{-}$ state be explained as a molecular state composed of $D_s^*D$ or $D_sD^*$ mesons in the $cs\bar{c}\bar{u}$ system?
• RQ2 Do the ChQM and QDCSM predict any bound states in the $cs\bar{c}\bar{u}$ tetraquark system?
• RQ3 What is the nature of the interaction between diquark and antidiquark subclusters in the $cs\bar{c}\bar{u}$ system?
• RQ4 Are there any compact resonance states in the diquark-antidiquark configuration with quantum numbers $IJ^P = \frac{1}{2}0^+$, $\frac{1}{2}1^+$, or $\frac{1}{2}2^+$?
• RQ5 Can the observed mass and width of $Z_{cs}(3985)^{-}$ be reproduced by a compact tetraquark resonance in these models?

주요 결과

• ChQM 및 QDCSM 모두에서 $cs\bar{c}\bar{u}$ 시스템에 대해 유계 상태가 발견되지 않아, $Z_{cs}(3985)^{-}$에 대한 분자 상태 해석 가능성을 배제한다.
• 이중열-반이중열 구성에서의 효과적 잠재력은 ChQM에서 0.3–0.4 fm, QDCSM에서 0.6–0.7 fm에 최소값을 보이며, 밀집 구조 형성의 가능성을 시사한다.
• ChQM에서 $IJ^P = \frac{1}{2}0^+$의 최저 공명 에너지는 3964.6 MeV이며, QDCSM에서는 3916.5 MeV로, 모두 $Z_{cs}(3985)^{-}$의 관측 질량 범위 내에 있다.
• $IJ^P = \frac{1}{2}1^+$의 경우, QDCSM에서 4008.8–4091.2 MeV, ChQM에서도 4008.8–4091.2 MeV로 예측되며, $Z_{cs}(3985)^{-}$ 질량과 일치한다.
• $IJ^P = \frac{1}{2}2^+$의 공명 에너지는 QDCSM에서 4246.8–4418.1 MeV, ChQM에서는 4251.7–4486.5 MeV로 예측되며, 관측된 상태보다 높은 에너지에 위치한다.
• 연구는 $Z_{cs}(3985)^{-}$가 분자 상태가 아니라 $IJ^P = \frac{1}{2}0^+$ 또는 $\frac{1}{2}1^+$를 가진 밀집 공명 상태일 가능성이 가장 높다고 결론 내린다.