[论文解读] Investigation of the $X(5568)$ as a fully open-flavor $su\bar b\bar d$ tetraquark state

Wei Chen, Hua-Xing Chen+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 29, 2016

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用 1

一句话总结

本研究利用QCD求和规则，将$X(5568)$介子视为夸克组分$su\bar b\bar d$的全开放味四价子态。研究发现，标量态（$J^P = 0^+$）和轴矢量态（$J^P = 1^+$）均存在一致证据，支持其作为四价子态的解释，并预测在约2.55 GeV处存在一个粲夸克伙伴态，以及通过辐射衰变产生的中性对应态。

ABSTRACT

We investigate the recent evidence for a charged $X(5568)$ meson as an exotic open-flavor tetraquark state $su\bar b\bar d$ with $J^P=0^+/1^+$ in the framework of QCD sum rules. We use the color antisymmetric $[\mathbf{\bar 3_c}]_{su} \otimes [\mathbf{3_c}]_{\bar{b}\bar d}$ tetraquark currents in both scalar and axial-vector channels to perform evaluations and numerical analyses. Our results imply that the $X(5568)$ can be interpreted as both the scalar $su\bar b\bar d$ tetraquark state and the axial-vector one, which are in good agreement with the experimental measurement. We also discuss the possible decay patterns of the $X(5568)$ and suggest to search for its neutral partner in the radiative decay into $B_s^0 \gamma$ and $B_s^* \gamma$, which can be used to determine its spin-parity quantum numbers. Moreover, we predict its charmed partner state around $2.55$ GeV with the quark content $su\bar c\bar d$ and $J^P=0^+/1^+$.

研究动机与目标

• 确定$X(5568)$共振态是否可被解释为具有夸克组分$su\bar b\bar d$的全开放味四价子态。
• 评估在四价子框架下，标量态（$J^P = 0^+$）和轴矢量态（$J^P = 1^+$）的量子数对$X(5568)$的可行性。
• 探讨$X(5568)$的衰变模式，特别是通过辐射衰变产生其中性对应态。
• 预测具有夸克组分$su\bar c\bar d$且$J^P = 0^+/1^+$的粲夸克伙伴态的存在。

提出的方法

• 应用QCD求和规则分析标量和轴矢量通道中的$X(5568)$共振态。
• 使用色反三重态$[\mathbf{\bar 3}_c]_{su} \otimes [\mathbf{3}_c]_{\bar b\bar d}$四价子流构造插值流。
• 对四价子态的质量和极点残差进行求和规则预测的数值评估。
• 将预测的质量和残差与实验数据进行比较，以验证四价子态解释的合理性。
• 分析衰变振幅和分支比，特别是向$B_s^0 \gamma$和$B_s^* \gamma$的辐射衰变。
• 外推至粲夸克区，预测具有$J^P = 0^+/1^+$的$su\bar c\bar d$四价子态。

实验结果

研究问题

• RQ1 在QCD求和规则框架下，$X(5568)$共振态能否在$J^P = 0^+$或$1^+$下一致地描述为$su\bar b\bar d$四价子态？
• RQ2 $X(5568)$的预测衰变模式是什么？它们能否用于识别其中性对应态？
• RQ3 是否存在$X(5568)$的粲夸克伙伴态？其预测质量与量子数为何？
• RQ4 向$B_s^0 \gamma$和$B_s^* \gamma$的辐射衰变能否作为确定$X(5568)$自旋宇称的探针？
• RQ5 标量与轴矢量四价子流的求和规则结果在与实验数据的一致性方面有何比较？

主要发现

• $X(5568)$在标量态（$J^P = 0^+$）和轴矢量态（$J^P = 1^+$）通道中均一致地被描述为$su\bar b\bar d$四价子态，结果与实验测量值良好吻合。
• 四价子框架下预测的$X(5568)$质量与约5568 MeV处观测到的峰位高度一致。
• 本研究预测通过辐射衰变至$B_s^0 \gamma$和$B_s^* \gamma$可产生$X(5568)$的中性对应态，该过程可用于确定其自旋宇称量子数。
• 预测存在一个质量约为2.55 GeV的粲夸克伙伴态，其夸克组分为$su\bar c\bar d$，且$J^P = 0^+/1^+$。
• 分析表明，标量与轴矢量四价子流均给出一致结果，支持$X(5568)$的四价子态解释。
• 衰变模式表明，未来实验应通过辐射衰变搜索中性$X(5568)$，以确认其量子数。