[论文解读] Fully-charm tetraquarks: $cc\bar{c}\bar{c}$

Xiaoyun Chen|arXiv (Cornell University)|Jan 19, 2020

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用 11

一句话总结

本研究采用非相对论性手征夸克模型与高斯展开法，研究了全粲四价子（$cc\bar{c}\bar{c}$），并引入了介子-介子与二夸克-反二夸克构型之间的动力学混合。研究预测在$\bar{c}c$阈值之上存在三个共振态，质量分别为6.51 GeV（$0^{++}$）、6.60 GeV（$1^{+-}$）和6.71 GeV（$2^{++}$），表明其在$J/\psi J/\psi$或$\eta_c\eta_c$末态中可能具有可观测的实验信号。

ABSTRACT

In this work, we continue to study the mass spectra of fully-heavy tetraquarks $cc\bar{c}\bar{c}$ with the quantum numbers of $J^{PC}=0^{++}, 1^{+-}, 2^{++}$ in the nonrelativistic chiral quark model. With the help of the Gaussian Expansion Method, we present dynamical computations for $cc\bar{c}\bar{c}$ state with considering two structures, meson-meson [$\bar{c}c$][$\bar{c}c$] and diquark-antidiquark [$cc$][$\bar{c}\bar{c}$] and their mixing. The results manifest that the energies of the low-lying states are all higher than the meson-meson thresholds [$\bar{c}c$][$\bar{c}c$]. However, resonances are possible because of the color structure. Several resonances are proposed and the lowest resonance is predicted to be 6.5 GeV and the stability of the resonance states is checked using the real scaling method.

研究动机与目标

• 研究全粲四价子（$cc\bar{c}\bar{c}$）在量子数$J^{PC} = 0^{++}, 1^{+-}, 2^{++}$下的存在性与质量谱。
• 检验在双$\bar{c}c$介子阈值以下是否能形成束缚态，或仅存在共振态。
• 研究介子-介子（$[\bar{c}c][\bar{c}c]$）与二夸克-反二夸克（$[cc][\bar{c}\bar{c}]$）构型之间的动力学混合。
• 通过夸克间距离分析，确定预测共振态的结构本质（分子型或紧凑型）。
• 为LHCb与Belle-II未来的实验搜索提供精确预测。

提出的方法

• 采用包含夸克质量、动能以及自旋无关与自旋依赖势的非相对论性手征夸克模型哈密顿量。
• 使用高斯展开法（GEM）对$cc\bar{c}\bar{c}$系统进行高精度四体计算。
• 包含所有色荷构型：介子-介子结构的$1\times1$、$8\times8$，以及二夸克-反二夸克结构的$\bar{3}\times3$、$6\times\bar{6}$。
• 通过势能的自旋无关与自旋依赖部分，实现构型间动力学混合的考虑。
• 应用真实标度法（稳定化方法）以识别真实共振态并确认其稳定性。
• 计算夸克间距离（$R_{c\bar{c}}$、$R_{cc}$、$R'_{c\bar{c}}$）以分析共振态的分子型或紧凑型特征。

实验结果

研究问题

• RQ1 在双$\bar{c}c$介子阈值以下，$cc\bar{c}\bar{c}$是否存在稳定束缚态？
• RQ2 最低激发的$cc\bar{c}\bar{c}$共振态的质量与量子数为何？
• RQ3 介子-介子与二夸克-反二夸克构型之间的混合如何影响能谱？
• RQ4 预测共振态的结构组成（分子型或紧凑型）为何？
• RQ5 $cc\bar{c}\bar{c}$四价子能否在实验上与常规粲偶素态区分开？

主要发现

• 具有$J^{PC} = 0^{++}, 1^{+-}, 2^{++}$的最低激发$cc\bar{c}\bar{c}$态均位于$[\bar{c}c][\bar{c}c]$介子-介子阈值之上，排除了稳定束缚态的存在。
• 通过真实标度法识别出三个真实共振态，质量分别为6510 MeV（$0^{++}$）、6600 MeV（$1^{+-}$）和6708 MeV（$2^{++}$）。
• 子簇内$R'_{c\bar{c}}$（夸克对间距离）较小（约0.6–0.7 fm），表明每个子簇中$c\bar{c}$对紧密结合。
• 较大的$R_{c\bar{c}}$（3.4–3.98 fm）与$R_{cc}$（4.78–3.98 fm）表明整体结构具有分子型特征。
• 预测的共振态质量与非相对论性夸克模型及QCD求和规则估算结果一致，但高于某些简化模型的预测值。
• $cc\bar{c}\bar{c}$四价子预计通过自发衰变为两个$\bar{c}c$介子而衰变，因此$J/\psi J/\psi$与$\eta_c\eta_c$末态是实验探测的有力候选通道。