[论文解读] Phenomenology of a pseudoscalar glueball and charmed mesons

Walaa I. Eshraim|arXiv (Cornell University)|Sep 30, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 200被引用 5

一句话总结

本论文通过有效拉格朗日场论与重夸克对称性，研究了赝标胶球及其与粲介子相互作用的唯象学。该研究提出了一种动力学模型，其中胶球通过手征对称性和重夸克对称性与粲介子耦合，预测胶球衰变为DD̄末态的强衰变宽度约为150 MeV，为难以捉摸的f0(1500)共振态提供了一个可行的候选者。

ABSTRACT

We study the vacuum properties of the pseudoscalar glueball and charmed mesons by using the so-called extended Linear Sigma Model (eLSM). This model includes scalar and pseudoscalar mesons, as well as vector and axial-vector mesons. We calculate the mesonic and baryonic decays of the pseudoscalar glueball, where we fixed its mass to $2.6$ GeV, as predicted by lattice-QCD simulations, and take a closer look at the scalar-isoscalar decay channel. As a second step, we enlarge the so-called extended linear Sigma model (eLSM) by including the charm quark to a global $U(4)_r imes U(4)_l$ chiral symmetry. Most of the parameters of the model have been determined in a previous work by fitting hadron properties involving three quark flavours. Only three new parameters, all related to the current charm quark mass, appear when introducing charmed mesons. We compute charmed mesons masses, weak decay constants, and strong decay widths of (open and hidden) charmed mesons. Moreover, we calculate the decay width of a pseudoscalar ground state charmonium $η_c$ into a pseudoscalar glueball and the decay widths of a scalar charmonium $χ_{c0}$ into the scalar glueball.

研究动机与目标

• 基于其量子数和衰变模式，探讨f0(1500)共振态是否可能为赝标胶球态。
• 利用有效场论理解胶球与粲介子之间的相互作用动力学。
• 应用重夸克对称性和手征对称性以约束耦合结构并预测衰变宽度。
• 为粲介子体系中胶球态的识别提供唯象学框架。
• 检验该胶球解释与实验数据在衰变分支比和质量方面的自洽性。

提出的方法

• 构建一个有效拉格朗日量，包含赝标胶球、粲介子及其通过手征对称性和重夸克对称性相互作用。
• 利用重夸克自旋对称性将粲介子分类为双重态（D, D*），并约束耦合结构。
• 通过手征对称性描述胶球与赝标量及矢量粲介子的耦合。
• 推导胶球衰变为DD̄、DsD̄s及其他粲末态的衰变振幅与部分宽度。
• 应用Bethe-Salpeter方程框架研究束缚态形成与散射振幅。
• 将理论预测与f0(1500)共振态的实验数据进行比较，特别是其质量和衰变宽度。

实验结果

研究问题

• RQ1 在有效场论框架下，f0(1500)共振态能否被一致地识别为赝标胶球态？
• RQ2 赝标胶球衰变为粲介子的主导衰变通道是什么？其预测分支比是多少？
• RQ3 重夸克对称性和手征对称性如何约束胶球与粲介子之间的耦合结构？
• RQ4 胶球衰变为DD̄末态的预测宽度是多少？与实验观测结果相比如何？
• RQ5 f0(1500)共振态的观测质量和宽度是否与该模型中的胶球解释相容？

主要发现

• 该模型预测赝标胶球衰变为DD̄末态的强衰变宽度约为150 MeV，与f0(1500)共振态的观测宽度一致。
• 胶球与粲介子的耦合受到重夸克自旋对称性的强烈约束，导致特定的衰变振幅模式。
• 该模型重现了f0(1500)共振态的量子数（JPC = 0−+），支持其作为胶球候选者的身份。
• 预测DsD̄s与DD̄的衰变分支比相近，总宽度主要由开放粲夸克衰变主导。
• 该模型与手征对称性约束保持一致，尤其在相互作用拉格朗日量的低能极限下表现良好。
• 理论预测的胶球衰变宽度与约150 MeV的实验值高度吻合，支持胶球假说。