[论文解读] Evidence for further charmonium vector resonances

Eef van Beveren, George Rupp|arXiv (Cornell University)|Apr 25, 2010

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用 7

一句话总结

本文基于BaBar合作组关于e⁺e⁻ → D*以防D̄*衰变的数据，提出八种新粲夸克偶素矢量共振态——ψ(3D)、ψ(5S)、ψ(4D)、ψ(6S)、ψ(5D)、ψ(7S)、ψ(6D)和ψ(8S)的证据。通过有效强子共振谱学模型（HORSE），作者将阈值增强与共振结构解释为径向和轨道激发c̄c态的信号，其质量与宽度通过Breit-Wigner拟合估算，支持一种包含介子圈效应的非微扰夸克-反夸克框架。

ABSTRACT

We discuss the shape of threshold signals in production cross sections of the reaction e+ + e- --> D* + antiD*, at the opening of the D(s)* antiD(s)* and Lambda(c)+ Lambda(c)- channels. Furthermore, evidence for the 3D, 5S, 4D, 6S, 5D, 7S, 6D, and 8S charmonium vector resonances is presented, on the basis of data recently published by the BaBar Collaboration. Central masses and resonance widths are estimated. Confirmation of these resonances would be a huge step in lifting the precision level of hadron spectroscopy towards that of atomic spectroscopy, with far-reaching consequences for theory.

研究动机与目标

• 利用近期BaBar数据，识别超出已知谱系的新型粲夸克偶素矢量共振态。
• 将e⁺e⁻ → D*以防D̄*过程在D*以防sD̄*s（4.213 GeV）和Λc⁺Λc⁻（4.60 GeV）阈值附近的阈值增强解释为激发c̄c态的信号。
• 通过介子圈修正对裸c̄c态的贡献，检验HORSE模型在预测共振态质量与宽度方面的有效性。
• 建立观测结构与包含无限介子圈链的非微扰夸克-反夸克动力学理论预测之间的联系。
• 通过改进共振态识别，支持实现强子谱学精度与原子光谱学相当的目标。

提出的方法

• 分析BaBar实验中e⁺e⁻ → D*以防D̄*产生截面的数据，重点关注D*以防sD̄*s（4.213 GeV）和Λc⁺Λc⁻（4.60 GeV）阈值附近的区域。
• 应用HORSE模型，该模型以谐振子能级间距ω = 0.19 GeV描述裸c̄c夸克-反夸克传播幅，以预测共振态位置。
• 通过非微扰介子圈修正将裸态移至物理共振态，利用文献PRD21p772中的形式体系，引入幺正散射与产生振幅。
• 使用Breit-Wigner函数对观测结构进行拟合，以提取中心质量与宽度，同时承认因统计量不足导致的统计不确定性。
• 将结果与Godfrey与Isgur的先前预测以及早期Belle实验数据进行比较，以验证实验间的一致性。
• 采用一种动力学复振幅关系（EPL81p61002），将产生振幅与散射振幅联系起来，该关系与文献PRD35p1633中的实数关系不同。

实验结果

研究问题

• RQ1 在约4.213 GeV和4.60 GeV附近的e⁺e⁻ → D*以防D̄*过程中观察到的阈值增强，是否可归因于新c̄c矢量共振态，而非单纯的相空间效应？
• RQ2 BaBar实验中e⁺e⁻ → D*以防D̄*的观测结构是否对应于粲夸克偶素的径向与轨道激发态（如ψ(3D)、ψ(5S)、ψ(4D)）的预测？
• RQ3 观测到的共振参数（质量与宽度）能否通过包含介子圈修正的HORSE模型一致解释？
• RQ4 为何X(4260)增强在e⁺e⁻ → D*以防D̄*中缺失，却在π⁺π⁻J/ψ中出现？这与OZI选择定则及胶球云效应有何关联？
• RQ5 观测到的共振态间距规律与质量位移在多大程度上支持基于AdS的规范囚禁模型（ω = 0.19 GeV）？

主要发现

• ψ(3D)共振态估计质量约为4.55 GeV，宽度约50 MeV，依据来自文献ARXIV09044351的数据。
• ψ(5S)共振态位于4.78 GeV，宽度55 MeV，与文献PRD80p074001的数据一致。
• ψ(4D)共振态位于4.87 GeV，宽度60 MeV，同样来自文献PRD80p074001。
• 更高激发态如ψ(6S)、ψ(5D)、ψ(7S)、ψ(6D)和ψ(8S)被识别，质量范围从5.09 GeV至5.91 GeV，宽度在44 MeV至93 MeV之间。
• 观测到的共振态间距0.38 GeV（即2ω）与HORSE模型预测的谐振子间距一致，支持该模型的有效性。
• 分析表明，X(4260)与Y(4660)结构并非c̄c传播幅的极点，而更可能源于介子圈效应及在s̄s丰富的环境中出现的S波共振态（如f₀(980)）。