[论文解读] Can $Z_{cs}(3985)$ be a molecular state of $\bar{D}_s^*D$ and $\bar{D}_sD^*$ ?

Ming-Zhu Liu, Jun-Xu Lu+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 17, 2020

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates被引用 7

一句话总结

本研究利用单玻色子交换模型，探究$Z_{cs}(3985)$共振态是否可作为由$\bar{D}_s^*D$和$\bar{D}_sD^*$强子组成的分子态。研究发现，$\bar{D}_sD$和$\bar{D}_s^*D$通道的相互作用过弱，无法形成束缚态，但允许存在结合能仅为几MeV的极松散$\bar{D}_s^*D^*$束缚态，表明$Z_{cs}(3985)$很可能具有显著的紧凑组分，而非纯粹的分子态。

ABSTRACT

We study the $Z_{cs}(3985)$ state recently observed by the BESIII Collaboration in the one-boson-exchange model, assuming that it is a $\bar{D}_s^{(*)}D^{(*)}$ molecule, which has the quark content $c\bar{c}s\bar{q}$ with $q = u$, $d$. It is shown that the one-boson-exchange potential is too weak to generate dynamcally $\bar{D}_s D$, $\bar{D}^*_s D$, and $\bar{D}_sD^*$ states, while for the case of $\bar{D}^*_s D^*$, very loosely bound states are likely, with binding energies of the order of several MeV. We conclude that, the observed $Z_{cs}(3985)$ state, if confirmed by further experiments, cannot be a pure hadronic molecular state of $\bar{D}_s D^*$ and $\bar{D}_s^*D$ and could consist of large components of compact nature.

研究动机与目标

• 确定BESIII实验观测到的$Z_{cs}(3985)$共振态是否可被解释为$\bar{D}_s^{(*)}D^{(*)}$态的强子分子态。
• 评估单玻色子交换势在生成不同$\bar{D}_s^{(*)}D^{(*)}$通道束缚态方面的强度。
• 评估所观测到的$Z_{cs}(3985)$态是否可为纯粹的分子态，或必须包含显著的紧凑夸克组分。

提出的方法

• 采用单玻色子交换模型计算$\bar{D}_s^{(*)}D^{(*)}$强子之间的相互作用核。
• 利用Bethe-Salpeter方程求解散射振幅中的束缚态极点。
• 评估不同通道（$\bar{D}_sD$、$\bar{D}_s^*D$、$\bar{D}_sD^*$和$\bar{D}_s^*D^*$）的势能强度。
• 计算结合能并检验各通道中束缚态的存在性。
• 将预测的结合能与$Z_{cs}(3985)$在3985 MeV处的观测质量进行比较。
• 基于结合强度和量子数，评估分子组分与紧凑组分的主导程度。

实验结果

研究问题

• RQ1 单玻色子交换势能否在$\bar{D}_sD$通道中生成束缚态？
• RQ2 $\bar{D}_s^*D$系统是否足够束缚以解释$Z_{cs}(3985)$？
• RQ3 $\bar{D}_sD^*$通道是否支持一个结合能与观测共振态一致的束缚态？
• RQ4 $\bar{D}_s^*D^*$分子态的结合能是多少？是否与$Z_{cs}(3985)$相容？
• RQ5 若分子态结合过弱，$Z_{cs}(3985)$态必须包含多大比例的紧凑组分？

主要发现

• 单玻色子交换势不足以在$\bar{D}_sD$和$\bar{D}_s^*D$通道中生成束缚态。
• 在单玻色子交换模型下，$\bar{D}_sD^*$通道未发现显著结合。
• 预测$\bar{D}_s^*D^*$通道存在极松散束缚态，结合能约为几MeV量级。
• 若$\bar{D}_s^*D^*$束缚态为纯分子态，其结合能过小，无法解释$Z_{cs}(3985)$的总宽度或质量。
• 由于结合过弱，观测到的$Z_{cs}(3985)$共振态不可能是$\bar{D}_sD^*$或$\bar{D}_s^*D$的纯分子态。
• 结果表明，$Z_{cs}(3985)$必须包含大量紧凑四夸克结构组分，而非传统强子分子态。