[论文解读] Interaction of the pseudoscalar glueball with (pseudo)scalar mesons and nucleons

Walaa I. Eshraim, Stanislaus Janowski+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 18, 2012

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 13被引用 8

一句话总结

本文提出一种手征有效拉格朗日框架，用于研究赝标量胶球（由格点QCD预测在约2.6 GeV处）与（伪）标量介子及核子的相互作用。推导了介子和强子衰变模式的分支比，识别出三体衰变中存在微小但不可忽略的干涉效应，并预测了质子-反质子与核子-手征伙伴衰变宽度之比为1.94，该结果对FAIR的PANDA实验具有重要意义。

ABSTRACT

We study the interactions of the pseudoscalar glueball with scalar and pseudoscalar quark-antiquark meson fields and with the nucleon and its chiral partner. In both cases we introduce the corresponding chiral Lagrangian and discuss its properties. We calculate the mesonic and baryonic decays of a pseudoscalar glueball with mass of about 2.6 GeV as predicted by Lattice simulations.

研究动机与目标

• 构建赝标量胶球与（伪）标量介子及核子相互作用的手征有效拉格朗日量。
• 计算质量约为2.6 GeV的赝标量胶球的两体和三体衰变分支比。
• 分析涉及中间标量介子的三体衰变中的干涉效应，特别关注K⁰K̄⁰π⁰通道。
• 构建胶球与核子及其手征伙伴耦合的手征拉格朗日量，适用于质子-反质子湮灭过程。
• 预测衰变宽度比Γ(Ḡ→N̄N)与Γ(Ḡ→N̄N*+h.c.)，以供PANDA实验检验。

提出的方法

• 构建有效手征拉格朗日量L_int^{Ḡ-mesons} = i c_{ḠΦ} Ḡ (detΦ − detΦ†)，描述胶球与标量及赝量介子多重态Φ的耦合。
• 通过手征对称性变换及离散对称性（P、C）验证拉格朗日量在SU(3)L × SU(3)R和宇称/电荷共轭下的不变性。
• 通过场位移σN,S → σN,S + φN,S实现自发手征对称性自发性自发性破缺，并对赝量介子进行波函数归一化。
• 利用推导出的拉格朗日量计算两体和三体衰变宽度，包括中间标量介子引起的干涉项。
• 提出一个强子手征拉格朗日量L_int^{Ḡ-baryons} = i c_{ḠΨ} Ḡ (Ψ̄₂Ψ₁ − Ψ̄₁Ψ₂)，将胶球耦合至核子双重态场Ψ₁, Ψ₂。
• 利用强子拉格朗日量与镜像赋值形式，推导出衰变宽度比Γ(Ḡ→N̄N)/Γ(Ḡ→N̄N*+h.c.) = 1.94。

实验结果

研究问题

• RQ1 赝标量胶球衰变为（伪）标量介子的两体和三体衰变分支比是多少？
• RQ2 当中间标量介子衰变为赝量介子时，三体衰变中的干涉效应有多显著？
• RQ3 赝标量胶球与核子及其手征伙伴的耦合强度和衰变模式如何？
• RQ4 质子-反质子湮灭过程pp̄ → Ḡ能否由一个手征不变的拉格朗日量描述？
• RQ5 衰变宽度比Γ(Ḡ→N̄N)与Γ(Ḡ→N̄N*+h.c.)的预测值是多少？

主要发现

• 在三体衰变Ḡ → K⁰K̄⁰π⁰中，干涉项的贡献估计约为总宽度的7.3%（当耦合参数g > 0时），但当g < 0时仅占2.2%。
• 鉴于模型结果表明g < 0，干涉效应较小（≤2.2%），可作为一阶近似忽略，但应在未来高精度研究中予以考虑。
• 构建了胶球-强子相互作用的手征拉格朗日量，并证明其具有手征不变性，可无手征抑制地描述pp̄ → Ḡ过程。
• 基于镜像赋值与强子拉格朗日量，预测衰变宽度比Γ(Ḡ→N̄N)/Γ(Ḡ→N̄N*+h.c.)为1.94。
• 耦合常数c_{ḠΨ}尚不明确，但预测的宽度比与其实值无关，因此可在PANDA实验中进行检验。
• 该模型预测胶球可通过FAIR的PANDA实验中pp̄湮灭过程产生，且在N̄N末态中具有显著分支比。