[论文解读] P-wave dynamical generated state and LHCb hidden-charmed pentaquarks

Jun He|arXiv (Cornell University)|Jul 12, 2016

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 3被引用 7

一句话总结

本文提出，LHCb 观测到的隐藏粲五价子 $P_c(4380)$ 和 $P_c(4450)$ 分别作为 $\bar{D}^*\bar{S}_c$ 相互作用中动态生成的 P 波和 S 波态而产生。研究表明，P 波态更接近阈值，宽度更小，且与 S 波态具有相近的峰值高度，表明其在实验上更易被观测到，这与观测到的 $J/\psi p$ 不变量质量谱特征一致。

ABSTRACT

The P-wave dynamical generated state, as well as S-wave state, from hadron-hadron interactions through exchanging light hadron is investigated explicitly to understand the properties, especially spin-parities, of the hidden-charmed exotic hadrons observed recently at LHCb. In a toy model of two-channel scattering of scalar mesons, it is shown that P-wave state is closer to threshold than S-wave state, and has a relatively small width. An important observation is that the peak of a P-wave state has a height similar to a S-wave state. It suggests P-wave state is even easer to observe in experiment than S-wave state if the width is not very small. The two LHCb hidden-charmed pentaquarks are studied in this scheme. The $P_c(4380)$ and the $P_c(4450)$ can be assigned as $3/2^-$-wave and $5/2^+$-wave states dynamically generated from the $\bar{D}^*\Sigma_c$ interaction, respectively. The peak for the $P_c(4380)$ in the $J/\psi p$ invariant mass spectrum is broader but lower than the peak of the $P_c(4450)$, which is consistent with the LHCb experiment. Besides, the spin-parities of the $Y(4140)$ and the $Y(4274)$ reported by LHCb are also discussed and found it possible to be reproduced in current scheme.

研究动机与目标

• 理解近期 LHCb 观测到的隐藏粲五价子的自旋宇称及其动力学起源。
• 研究由强子-强子相互作用产生的 P 波态是否能解释像 $P_c(4380)$ 和 $P_c(4450)$ 这类奇特强子的性质。
• 基于峰值高度和宽度，比较 P 波与 S 波动态生成态的可观测性。
• 探讨 $Y(4140)$ 和 $Y(4274)$ 是否也可能通过类似的动力学机制产生。

提出的方法

• 使用两通道散射模型，重点研究标量介子与轻强子交换的相互作用。
• 通过有效拉格朗日量构建相互作用核，以在 S 波和 P 波通道中模拟 $\bar{D}^*\Sigma_c$ 散射。
• 在动态耦合通道方法中求解 Bethe-Salpeter 方程，以生成共振态。
• 分析生成态的阈值行为、宽度和峰值高度，以与实验数据进行比较。
• 通过将计算得到的共振态性质与观测到的 $J/\psi p$ 不变量质量分布相匹配，确定自旋宇称赋值。
• 将模型扩展，以讨论 $Y(4140)$ 和 $Y(4274)$ 作为可能的动力学态。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否将 $P_c(4380)$ 和 $P_c(4450)$ 解释为来自 $\bar{D}^*\Sigma_c$ 相互作用的动态生成 P 波和 S 波态？
• RQ2 在相同动力学框架下，P 波态的宽度和峰值高度与 S 波态相比如何？
• RQ3 与 $P_c(4450)$ 相比，$P_c(4380)$ 观测到的更宽但更低的峰值是否与模型预测一致？
• RQ4 $Y(4140)$ 和 $Y(4274)$ 的自旋宇称是否能在此动力学方案中自然重现？

主要发现

• 发现 P 波态比 S 波态更接近阈值，表明其具有更强的束缚性或更紧密的耦合结构。
• P 波态具有相对较小的宽度，表明其更稳定，且比典型共振态更不展宽。
• 尽管宽度较小，P 波态的峰值高度仍与 S 波态相当，表明其具有较强的产生振幅。
• $P_c(4380)$ 被识别为从 $\bar{D}^*\Sigma_c$ 相互作用中动态生成的 $3/2^-$ 波态，与 $J/\psi p$ 谱中其更宽但更低的峰值特征一致。
• $P_c(4450)$ 被赋为来自相同相互作用的 $5/2^+$ 波态，与之观测到的更窄且更高的峰值相匹配。
• 该模型表明，$Y(4140)$ 和 $Y(4274)$ 也可能是动态生成的态，尽管其精确量子数仍需进一步分析。