[论文解读] Pole analysis on the doubly charmed meson in $D^0D^0\pi^+$ mass spectrum

Cesar Luiz da Silva, M. Swiatlowski+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 13, 2021

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 1被引用 1

一句话总结

本研究采用Chew-Mandelstam框架下的K矩阵形式，分析LHCb实验中D⁰D⁰π⁺不变质量谱，提取T₊cc共振态的极点参数。结果表明，T₊cc源于D*⁺D⁰虚态的强吸引力，且与D⁰D⁰π⁺通道的耦合使共振态稳定在阈值附近，为一种动力学生成、类分子的双粲介子提供证据。

ABSTRACT

In this paper we study the scattering amplitudes of $D^{0}D^{0}\pi^+$-$D^{*+}D^{0}$ coupled channels based on $K$-matrix within the Chew-Mandelstam formalism. The $D^{0}D^{0}\pi^{+}$ invariant mass spectrum of LHCb is fitted and the pole parameters of the $T_{cc}^+$ are extracted. The analysis of pole behavior suggests that the $T_{cc}^+$ may originate from a $D^{*+}D^{0}$ virtual state and is formed as a result of an interplay between an attractive interaction between $D^0$ and $D^{*+}$ and coupling to $D^{0}D^0\pi^+$ channel.

研究动机与目标

• 确定LHCb在D⁰D⁰π⁺不变质量谱中观测到的T₊cc共振态的动力学起源。
• 利用幺正耦合通道振幅精确提取T₊cc的极点参数。
• 探究T₊cc是否源于D*⁺D⁰虚态或真实束缚态。
• 评估末态相互作用与再散射在阈值附近线形形状形成中的作用。

提出的方法

• 在Chew-Mandelstam框架内，采用2×2 K矩阵形式描述D⁰D⁰π⁺与D*⁺D⁰通道的耦合。
• 使用有效范围近似，将K矩阵在阈值附近建模为常数矩阵。
• 构建产生振幅F₁(s) = α₁T₁₁(s) + α₂T₁₂(s)，其中α₁ ≈ 1，α₂作为自由参数处理。
• 使用MINUIT将模型拟合至LHCb数据，对振幅卷积高斯分辨率函数。
• 通过解析延拓至复能平面，定位极点并提取其位置与留数。
• 通过系统性检查（Fit A：K矩阵中含线性项；Fit B：无分辨率展宽）比较自 resampling 误差下的结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 T₊cc共振态是否源于D*⁺D⁰虚态或束缚态？
• RQ2 与D⁰D⁰π⁺通道的耦合如何影响T₊cc的极点位置与宽度？
• RQ3 末态相互作用在塑造阈值附近D⁰D⁰π⁺不变质量谱中的作用是什么？
• RQ4 在K矩阵参数化形式与分辨率效应变化下，极点参数的鲁棒性如何？

主要发现

• T₊cc极点位于第二黎曼面上，位置为3874.71⁺⁰.¹¹₋₀.₀⁵ − i0.28⁺⁰.⁰⁴₋₀.¹⁰ MeV，与阈值附近的虚态一致。
• D⁰D⁰π⁺通道的留数为|g₁| = 0.21⁺⁰.⁰⁴₋₀.⁰⁴ GeV，相位ϕ₁ = 9⁺¹¹₋⁹°，表明与该通道有显著耦合。
• D*⁺D⁰通道的耦合强度为|g₂| = 0.69⁺⁰.⁰⁷₋₀.¹² GeV，相位ϕ₂ = 9⁺¹¹₋⁸°，显示与D*⁺D⁰通道的强相互作用。
• Fit B（无分辨率展宽）得到稍宽的宽度（Γ ≈ 0.68 MeV）与稍偏移的极点，确认模型对实验分辨率敏感。
• 在复平面上，极点轨迹在各组拟合中保持稳定，表明提取的共振参数具有鲁棒性。
• 分析支持T₊cc的分子图像：其为D*⁺D⁰吸引力与D⁰D⁰π⁺通道耦合的动力学生成态，而非紧凑的四夸克态。