[论文解读] $D_{s}$ mesons with $DK$ and $D^{*}K$ scattering near threshold

C. B. Lang, Luka Leskovec+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 31, 2014

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 3被引用 11

一句话总结

该格点QCD研究利用两种π介子质量分别为266 MeV和156 MeV的组态，研究了$D_s$介子在$DK$和$D^*K$阈值附近的性质，同时包含了$\bar{c}s$夸克-反夸克及强子-强子插值算符。研究发现$D_{s1}(2460)$为一个位于$D^*K$阈值以下44(10) MeV的束缚态，$D_{s0}^*(2317)$为位于$DK$阈值以下37(17) MeV的束缚态，与实验结果一致，支持这些窄态具有分子态或动力学生成的性质。

ABSTRACT

$D_s$ mesons are studied in three quantum channels ($J^P=0^+$, $1^+$ and $2^+$), where experiments have identified the very narrow $D_{s0}^*(2317)$, $D_{s1}(2460)$ and narrow $D_{s1}(2536)$, $D_{s2}^*(2573)$. We explore the effect of nearby $DK$ and $D^*K$ thresholds on the subthreshold states using lattice QCD. Our simulation is done on two very different ensembles of gauge configurations (2 or 2+1 dynamical quarks, Pion mass of 266 or 156 MeV, lattice size $16^3 imes 32$ or $32^3 imes 64$). In addition to $\bar{q}q$ operators we also include meson-meson interpolators in the correlation functions. This clarifies the identification of the states above and below the scattering thresholds. The ensemble with $m_π\simeq 156~$MeV renders the $D_{s1}(2460)$ as a strong interaction bound state 44(10)MeV below $D^*K$ threshold, which is in agreement with the experiment. The $D_{s0}^*(2317)$ is found 37(17)MeV below $DK$ threshold, close to experiment value of 45MeV. The narrow resonances $D_{s1}(2536)$ and $D_{s2}^*(2573)$ are also found close to the experimental masses.

研究动机与目标

• 研究$DK$和$D^*K$散射阈值对$D_s$介子近阈结构的动力学影响。
• 确定窄态$D_{s0}^*(2317)$和$D_{s1}(2460)$是否为低于各自阈值的束缚态或共振态。
• 评估在格点QCD关联函数中引入强子-强子插值算符对这些态的识别与质量预测的影响。
• 通过比较两种π介子质量（156 MeV和266 MeV）的格点组态，研究夸克质量依赖性。

提出的方法

• 在包含2+1种动力学夸克的两个规范组态上进行格点QCD模拟，π介子质量分别为266 MeV和156 MeV。
• 关联函数同时包含$\bar{c}s$夸克-反夸克插值算符和$DK$、$D^*K$通道的强子-强子插值算符。
• 插值算符被投影至总角动量为零，并转换为八面体群$O_h$的不可约表示，以实现量子数投影。
• 利用L"uscher方法分析有限体积谱，提取相对于阈值的散射相移和束缚态能量。
• 通过将能级与阈值比较，并分析关联矩阵中插值算符的混合，识别出物理态。
• 在$J^P = 0^+$和$1^+$通道中分别研究了$D_{s0}^*$和$D_{s1}$态，使用$s$-波$DK$和$D^*K$插值算符。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否$D_{s0}^*(2317)$态为低于$DK$阈值的束缚态，其质量与实验值相比如何？
• RQ2 是否$D_{s1}(2460)$态为低于$D^*K$阈值的束缚态，其质量是否与实验一致？
• RQ3 在关联函数中引入强子-强子插值算符对$D_s$态的识别与质量预测有何影响？
• RQ4 $D_s$态质量相对于$DK$和$D^*K$阈值的夸克质量依赖性如何？
• RQ5 窄态$D_{s1}(2536)$和$D_{s2}^*(2573)$是否也表现出与$DK$或$D^*K$阈值相关的结构？

主要发现

• 在$m_\pi \approx 156$ MeV的组态中，$D_{s1}(2460)$态被发现为低于$D^*K$阈值44(10) MeV的束缚态，与实验结果一致。
• $D_{s0}^*(2317)$态位于低于$DK$阈值37(17) MeV处，与实验值45 MeV高度一致。
• 在关联函数中引入强子-强子插值算符显著改善了亚阈态及其结合能的识别。
• 窄共振态$D_{s1}(2536)$和$D_{s2}^*(2573)$的质量接近实验值，表明其谱学归属一致。
• 结果表明，$D_{s0}^*$和$D_{s1}$态分别通过与$DK$和$D^*K$通道的耦合而动力学生成，而非简单的$\bar{c}s$态。
• 夸克质量依赖性较为微妙：仅在接近物理π介子质量（156 MeV）时，当包含强子-强子算符时，$D_{s1}(2460)$才表现为低于阈值的束缚态。