[論文レビュー] The doubly heavies: (Qbar Q qbar q), (Q Q qbar qbar) tetraquarks and (Q Q q) baryons

Marek Karliner, S. Nussinov|arXiv (Cornell University)|Apr 1, 2013

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 15被引用数 9

ひとこと要約

本稿では、二重-heavyな四価子（QQ̄qq̄）およびバリオン（QQq）が、新規の色ネットワークによって安定化され、QQ対が強いクーロン的相互作用によって結合していると提案する。大Nc極限において、これらの状態は二中間子閾値近くに狭い共鳴状態として現れ、J/ψππ や Υππ への崩壊を通じて実験的シグネチャーが予測される。二重-heavyバリオンは、四価子の性質を解明するための重要なプローブとなる。

ABSTRACT

Recent discoveries by Belle and BESIII of charged exotic quarkonium-like resonances provide fresh impetus for study of heavy exotic hadrons. In the limit N_c --> infinity, M_Q --> infinity, the (Qbar Q qbar q') tetraquarks (TQ-s) are expected to be narrow and slightly below or above the (Qbar q') and (Q qbar) two-meson threshold. The isoscalar TQ-s manifest themselves by decay to (Qbar Q) pi pi, and the ~30 MeV heavier charged isotriplet TQ-s by decays into (Qbar Q) pi. The new data strongly suggest that the real world with N_c=3, Q=c,b and q,q' = u,d is qualitatively described by the above limit. We discuss the relevant theoretical estimates and suggest new signatures for TQ-s in light of the recent discoveries. We also consider "baryon-like" states (Q Q' qbar qbar'), which if found will be direct evidence not just for near-threshold binding of two heavy mesons, but for genuine tetraquarks with novel color networks. We stress the importance of experimental search for doubly-heavy baryons in this context.

研究の動機と目的

• 大Ncおよび重味クォーク極限における二重-heavy四価子（QQ̄qq̄）およびバリオン（QQq）の安定性と崩壊性質を理解すること。
• 新規の色配置による再配置崩壊の抑制によって、最近観測されたExotic共鳴状態（例：Zc(3900) や Zb(10610)）の狭い幅が説明可能であることを示すこと。
• 二重-heavyバリオン（QQq）とExotic QQ̄qq̄四価子の性質を質量和則を通じて理論的枠組みで結びつけること。
• 特にJ/ψππおよびΥππ最終状態における実験的シグネチャーを特定し、これらのチャネルにおける専用探索を提唱すること。

提案手法

• 大Nc極限におけるQQ̄qq̄四価子の分析により、二中間子閾値が支配的となり、崩壊幅が1/Ncで抑制されることを示す。
• 大Nc極限を用いて、QQ対がエネルギースケールE_b(QQ) = (1/8)αs²MQを持つクーロン的相互作用により結合していることを示し、大MQ極限において強い結合が生じることを示す。
• 質量和則を適用：m(QQ̄qq̄) = m(QQq) + m(Λc) - m(D⁰) - (1/4)[m(D*) - m(D)] により、四価子とバリオンの質量を関連付ける。
• 中間子交換（π, ρ）の役割を検討し、スピン対称性構造に起因してスカラー状態がより強く結合することを示す。
• 色再配置による崩壊抑制を評価し、反発的ω/ρ交換のため分子状態は不適切であると主張し、結合色構造を持つ真の四価子状態を支持する。
• QQ̄qq̄四価子の構造と二重-heavyバリオン（QQq）を比較し、バリオン質量データを四価子質量予測の入力として用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 最近観測されたZc(3900)およびZb(10610)共鳴状態の狭い幅は、QQ̄qq̄四価子における新規色ネットワークによる再配置崩壊抑制によって説明可能か？
• RQ2 Zc(3900)の観測質量がD*D閾値に近く、分子状態ではなく四価子状態である可能性は一貫しているか？
• RQ3 提案された質量和則を通じて、二重-heavyバリオン（QQq）の性質は、QQ̄qq̄四価子の質量および構造にどのように影響を与えるか？
• RQ4 DD*およびBB*系において、真の四価子状態と分子状態を区別するための実験的シグネチャーは何か？

主な発見

• QQ̄qq̄四価子におけるQQ対は、エネルギーE_b(QQ) = (1/8)αs²MQで結合しており、大MQ極限において強い結合が生じる。
• ccūd四価子の予測質量は約3900 MeVであり、D*D閾値よりわずか30 MeV高い。これはZc(3900)共鳴状態と整合的である。
• スカラー状態ではJ/ψππへの崩壊が3倍強く、スピン対称性構造に起因するが、スピンベクトル状態ではJ/ψπへの崩壊が抑制される。
• Zc(3900)の幅は約30 MeVと推定され、D*D共鳴状態の緩い結合と整合的であり、四価子または分子的解釈を支持する。
• ω/ρ交換による反発的相互作用のため、D*D状態は束縛されないことが示され、Zc(3900)が分子状態である可能性は低い。代わりに、結合色構造を持つ真の四価子状態であると支持される。
• 二重-heavyバリオン（QQq）の実験的観測は極めて重要であり、その質量はExotic QQ̄qq̄四価子の性質の予測と制約に用いることができる。