[论文解读] A Candidate for $1^{--}$ Strangeonium Hybrid

Gui-Jun Ding, Mu-Lin Yan|arXiv (Cornell University)|Nov 26, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 8

一句话总结

本文提出，Babar合作组在2.175 GeV处观测到的$Y(2175)$共振态是一种$1^{--}$奇异胶球混合介子（$s\bar{s}g$），该观点得到通量管模型与价胶子模型中质量和宽度预测的一致性支持。与四价夸克假说相比，混合介子解释更符合实验衰变模式，特别是其主导衰变为$K_1(1400)K$和$K_1(1270)K$。

ABSTRACT

We propose that the recently observed structure at 2175MeV by the Babar Collaboration is a $1^{--}$ strangeonium hybrid, and we investigate this interpretation from both the flux tube model and the constituent gluon model. The decay patterns and decay width in the flux tube model and the constituent gluon model (for the "gluon excited" hybrid) are very similar. The tetraquark hypothesis is not favored by the available experimental data. The crucial test of our scenario is suggested, furthermore, the promising channels which can discriminate the hybrid interpretation from the tetraquark are also suggested.

研究动机与目标

• 研究Babar在2.175 GeV处观测到的$Y(2175)$共振态的本质，特别是其是否为混合介子或四价夸克态。
• 通过通量管模型与价胶子模型，检验$Y(2175)$为$1^{--}$奇异胶球混合介子（$s\bar{s}g$）的假说。
• 将两种模型预测的衰变模式与宽度与实验数据进行比较，评估混合介子解释的一致性与优越性。
• 识别能够区分$Y(2175)$的混合介子与四价夸克解释的关键实验衰变道。
• 检验$Y(2175)$是否可能为常规$s\bar{s}$夸克onium态，特别是$2{}^{3}D_1$或$3{}^{3}S_1$态，并基于宽度预测排除此类可能性。

提出的方法

• 应用通量管模型计算$1^{--}$奇异胶球混合介子（$s\bar{s}g$）的质量与宽度，将混合介子建模为位于激发通量管表面的夸克-反夸克对。
• 使用价胶子模型将混合介子描述为带有额外价胶子的$q\bar{q}$态，重点研究$\textit{gluon excited}$混合态，其量子数为$L=1$，$L_g=0$，$L_{s\bar{s}}=S_{s\bar{s}}=0$。
• 在两种框架中均采用${}^{3}P_0$模型描述衰变机制，通过通量管重叠与胶子分离过程计算衰变振幅与宽度。
• 将两种模型预测的分支比（特别是$K_1(1400)K$、$K_1(1270)K$、$\phi\eta$与$\phi\eta'$）与Babar的实验数据进行比较。
• 评估预测的衰变宽度（100–150 MeV）与$Y(2175)$的观测宽度（$\Gamma = 58 \pm 16 \pm 20$ MeV）的一致性，考虑理论不确定性。
• 通过分析选择规则与相空间约束，评估四价夸克假说，特别是该模型预测$\eta(\eta')\phi$衰变宽度较大，与实验观测的窄宽度相矛盾。

实验结果

研究问题

• RQ1 在通量管模型中，$Y(2175)$共振态是否与$1^{--}$奇异胶球混合介子（$s\bar{s}g$）一致？
• RQ2 价胶子模型对$\textit{gluon excited}$ $s\bar{s}g$混合态的质量与宽度预测是否与$Y(2175)$的实验数据一致？
• RQ3 $Y(2175)$的衰变模式，特别是其在$K_1K$末态中的主导性，是否可用混合介子假说解释，而无法用四价夸克模型解释？
• RQ4 哪些实验衰变道对区分$Y(2175)$的混合介子与四价夸克解释最为敏感？
• RQ5 基于预测的衰变宽度，$Y(2175)$是否与常规$s\bar{s}$夸克onium态（如$2{}^{3}D_1$或$3{}^{3}S_1$态）相容？

主要发现

• 在通量管模型中，$1^{--}$奇异胶球混合介子（$s\bar{s}g$）的预测质量为2.1–2.2 GeV，而在价胶子模型中为2.12–2.42 GeV，与$Y(2175}$在2.175 GeV处的实验质量一致。
• 价胶子模型中$\textit{gluon excited}$混合态的衰变宽度预测为100–150 MeV，与$Y(2175}$的观测宽度（$58 \pm 16 \pm 20$ MeV）在理论不确定度范围内一致。
• 通量管模型与$\textit{gluon excited}$价胶子模型均预测$1^{--}$奇异胶球混合介子的主导衰变道为$K_1(1400)K$与$K_1(1270)K$，与混合介子衰变的$S+P$选择规则一致。
• 四价夸克假说被排除，因其预测$\eta(\eta')\phi$衰变宽度较大，这是由于相空间优势且缺乏对称性抑制，与$Y(2175}$的窄宽度相矛盾。
• 强烈建议开展实验搜索$Y(2175) \to K_1(1400)K \to \pi K^*(892)K$、$Y(2175) \to K_1(1270)K \to \rho KK$与$Y(2175) \to K_1(1270)K \to \pi K_0^*(1430)K$，作为验证混合介子假说的关键实验。
• $3{}^{3}S_1$ $s\bar{s}$夸克onium态因预测宽度过宽（约380 MeV）而被排除，与$Y(2175}$的窄宽度不一致；而$2{}^{3}D_1$态仍为开放问题，需进一步研究。