[论文解读] Predictions for masses of Xi_b baryons

Marek Karliner, Boaz Keren-Zur+2 more|ArXiv.org|Jun 14, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 5被引用 10

一句话总结

本文基于色-超精细相互作用的夸克模型，从已知的粲-Strange重子质量外推预测了$\bar{\Xi}_b$重子的质量。预测其基态质量为5790–5800 MeV，激发态$\bar{\Xi}_b'$和$\bar{\Xi}_b^{*}$的质量约高150–160 MeV，超精细劈裂为20–30 MeV，与后续CDF和D0的观测结果一致。

ABSTRACT

The recent observation by CDF of Sigma_b^{+-} (uub and ddb) baryons within 2 MeV of the predicted Sigma_b - Lambda_b splitting has provided strong confirmation for the theoretical approach based on modeling the color hyperfine interaction. We now apply this approach to predict the masses of the Xi_b family of baryons with quark content usb and dsb - the ground state Xi_b at 5790 to 5800 MeV, and the excited states Xi_b^' and Xi_b^*. The main source of uncertainty is the method used to estimate the mass difference m_b - m_c from known hadrons. We verify that corrections due to the details of the interquark potential and to Xi_b-Xi_b^' mixing are small.

研究动机与目标

• 基于粲-Strange重子的质量进行理论外推，预测$\bar{\Xi}_b$重子的质量。
• 评估不同方法估算$m_b - m_c$对质量预测的影响。
• 基于自旋和轨道激发模式，估算激发态$\bar{\Xi}_b'$和$\bar{\Xi}_b^{*}$的质量。
• 评估非阿贝耳夸克势细节和轻夸克自旋态混合带来的修正。
• 为大型强子对撞机和Tevatron的实验验证提供基准。

提出的方法

• 应用具有色-超精细相互作用的组分夸克模型：$ V^{HF}_{ij} = v \frac{\vec{\sigma}_i \cdot \vec{\sigma}_j}{m_i m_j} \langle \delta(r_{ij}) \rangle $。
• 以已知的$\Xi_c = 2469.5 \pm 0.5$ MeV质量为$\Xi_b$预测的起点。
• 通过三种方法估算$m_b - m_c$：$\Lambda_b - \Lambda_c$、自旋平均重子质量，以及$B_s$-$D_s$介子质量。
• 利用从$\Xi_c^*$、$\Xi_c'$和$\Xi_c$质量导出的$\langle \delta(r_{us}) \rangle$期望值，校正$\Xi_c$与$\Xi_b$之间超精细相互作用的差异。
• 使用微扰理论评估$S=0$与$S=1$轻夸克态之间的混合效应，发现修正可忽略（<0.04 MeV）。
• 通过CDF和D0的实验数据验证预测，后者后来在约5793 MeV处观测到$\Xi_b^-$。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于$\Xi_c$和$\Lambda_b$质量的外推，预测的$\Xi_b$基态质量是多少？
• RQ2 估算$m_b - m_c$的方法选择如何影响预测的$\Xi_b$质量？
• RQ3 相对于$\Xi_b$，激发态$\Xi_b'$和$\Xi_b^{*}$的预测质量是多少？
• RQ4 夸克间势能形式和轻夸克态自旋混合带来的修正有多显著？
• RQ5 理论预测与CDF和D0的实验观测结果如何比较？

主要发现

• 预测的$\Xi_b$基态质量范围为5790至5800 MeV，具体取决于$m_b - m_c$估算方法。
• CDF对$\Xi_b^-$在$5793 \pm 2.4$ MeV的测量结果与中心预测值一致，而D0在$5774 \pm 11$ MeV的结果也落在预测范围内。
• 激发态$\Xi_b'$和$\Xi_b^{*}$的自旋平均质量预测约为高于$\Xi_b$基态150–160 MeV。
• 预测$\Xi_b'$与$\Xi_b^{*}$之间的超精细劈裂为20–30 MeV。
• 由于夸克间势能细节和$\Xi_b$–$\Xi_b'$混合带来的修正可忽略不计，小于0.04 MeV。
• 基于$B_s$和$D_s$介子质量的估算（$m_b - m_c = 3324.6 \pm 1.4$ MeV）优于基于库仑势的估算，后者被CDF数据排除。