[论文解读] Theoretical investigations on the Y(4260) being an hybrid meson

F. Iddir, Lahouari Semlala|ArXiv.org|Nov 14, 2006

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用 7

一句话总结

本文利用包含相对论修正和非零胶子质量的夸克-胶子组分模型，研究了Y(4260)共振态是否可解释为$c\overline{c}g$胶子激发介子。研究发现，Y(4260)不能被解释为QE-胶子激发态或与传统粲-反粲介子的混合态，而最合理的解释是其为GE-胶子激发态，主要衰变为$D_1\overline{D}$末态，理论预测宽度约为107 MeV，与实验数据一致。

ABSTRACT

The new recently experiments at the B-factories yield a renewed interest in the charm and charmonium spectroscopy. New intriguing states have been observed, which appear to be non-conventional mesons, such as X(3862) and Y(4260) and request more theoretical investigations. We will explore the possibility for the Y(4260) to be a c-cbar-g hybrid meson. Using the quark-gluon constituent model, we exclude its existence as QE-hybrid meson, and as mixing of c-cbar-g hybrid with conventional c-cbar meson. We find the only interpretation as GE-hybrid, decaying in D_(1)-Dbar channels. Then more experimental studies are needed to confirm the existence of this resonance and to give its properties.

研究动机与目标

• 在夸克-胶子组分模型中，确定Y(4260)共振态是否可被解释为$c\overline{c}g$胶子激发介子。
• 评估Y(4260)是否可能是$c\overline{c}g$胶子激发态与传统$c\overline{c}$粲-反粲介子之间的混合态。
• 评估$J^{PC}=1^{--}$胶子激发介子衰变至两介子末态的性质，特别是$D_{1}\overline{D}$和$D^*\overline{D}$末态。
• 将理论预测与实验数据进行比较，特别是约90 MeV的观测宽度以及未观测到$D\overline{D}$衰变的现象。

提出的方法

• 采用包含库仑项加线性势的相对论性夸克-胶子组分模型，引入自旋-自旋、自旋-轨道和张量相互作用。
• 将胶子视为质量为$m_g \sim 700-1000$ MeV的有质量粒子，与格点规范理论和施温格-戴森理论结果一致。
• 基于轨道量子数和自旋量子数的选取规则，区分QE-胶子激发态（$l_g=1, l_{q\overline{q}}=0$）与GE-胶子激发态（$l_g=0, l_{q\overline{q}}=1$）。
• 利用夸克-反夸克与胶子系统的高斯波函数，通过重叠积分计算部分衰变宽度。
• 使用公式(17)和(18)强制实施选取规则，推导出衰变为S波和P波介子的两体衰变振幅。
• 通过跃迁哈密顿量评估$c\overline{c}g$胶子激发态与传统$c\overline{c}$态之间的混合振幅，发现混合矩阵元可忽略不计。

实验结果

研究问题

• RQ1 在夸克-胶子组分模型中，Y(4260)能否被识别为$c\overline{c}g$胶子激发介子？
• RQ2 Y(4260)是否为$c\overline{c}g$胶子激发态与传统$c\overline{c}$粲-反粲介子态之间的混合态？
• RQ3 质量约为4.26 GeV的$J^{PC}=1^{--}$胶子激发介子的主要衰变通道是什么？
• RQ4 尽管Y(4260)靠近阈值，为何未观测到$D\overline{D}$衰变？这一现象对其结构有何约束？
• RQ5 该胶子激发态的理论衰变宽度是否与约90 MeV的实验宽度相符？

主要发现

• Y(4260)不能是QE-胶子激发态，因为根据选取规则，此类态被禁止衰变为两个S波介子。
• Y(4260)不能是$c\overline{c}g$胶子激发态与传统$c\overline{c}$介子之间的混合态，因为混合矩阵元可忽略不计。
• 唯一合理的解释是其为GE-胶子激发态，主要衰变为$D_1(2420)\overline{D}$和$D\overline{D_1}(2420)$末态。
• 计算得出其衰变至$D_1\overline{D}$末态的部分宽度约为$\frac{107}{4} \approx 26.75$ MeV/通道，总宽度约107 MeV，与实验观测的约90 MeV宽度一致。
• 由于自旋重叠和选取规则，$D^{*}\overline{D}^*$和$D^{*}\overline{D}$衰变被强烈抑制，与实验上限一致。
• 对于质量为4.26 GeV的$J^{PC}=1^{--}$胶子激发态，当$L=2$时总衰变宽度预测约为2914 MeV，但其主要部分宽度$D_1\overline{D}$足够小（约107 MeV），足以形成窄共振态。