[论文解读] Predictions for s-Wave and p-Wave Heavy Baryons from Sum Rules and Constituent Quark Model

Dan Pirjol, Tung‐Mow Yan|arXiv (Cornell University)|Jan 14, 1997

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用 4

一句话总结

本文利用重强子有效理论与类似于Adler-Weisberger关系的求和规则，约束了L=1轨道激发的含一个 charm quark 的重味子强子相互作用拉格朗日量中的46个未知耦合常数。通过将这些求和规则与CLEO近期关于$Σ_c^{*}$和$Λ_{c1}^+$衰变的数据相结合，该研究确定了关键的耦合常数，并预测了所有L=1激发的粲重子的衰变性质，实现了手征对称性动力学与组分夸克模型预言的一致性。

ABSTRACT

We study the strong interactions of the L=1 orbitally excited baryons with one heavy quark in the framework of the Heavy Hadron Chiral Perturbation Theory. To leading order in the heavy mass expansion, the interaction Lagrangian describing the couplings of these states among themselves and with the ground state heavy baryons contains 46 unknown couplings. We derive sum rules analogous to the Adler-Weisberger sum rule which constrain these couplings and relate them to the couplings of the s-wave heavy baryons. Using a spin 3/2 baryon as a target, we find a sum rule expressing the deviation from the quark model prediction for pion couplings to s-wave states in terms of couplings of the p-wave states. In the constituent quark model these couplings are related and can be expressed in terms of only two reduced matrix elements. Using recent CLEO data on $\Sigma_c^{*}$ and $\Lambda_{c1}^+$ strong decays, we determine some of the unknown couplings in the chiral Lagrangian and the two quark model reduced matrix elements. Specific predictions are made for the decay properties of all L=1 charmed baryons.

研究动机与目标

• 约束L=1轨道激发的含一个重夸克的重强子有效理论拉格朗日量中46个未知耦合常数。
• 推导类似于Adler-Weisberger求和规则的关联关系，将s波与p波重子的耦合常数联系起来。
• 通过仅用两个约化矩阵元参数化所有耦合常数，检验手征拉格朗日量与组分夸克模型的一致性。
• 利用CLEO近期关于$Σ_c^{*}$和$Λ_{c1}^+$强子衰变的实验数据，提取未知的耦合常数。
• 基于约束后的拉格朗日量，对所有L=1激发的粲重子作出具体且可预测的衰变性质分析。

提出的方法

• 在重夸克质量展开的Leading Order下，构建描述L=1激发重子与基态重子之间相互作用的手征拉格朗日量。
• 推导适用于自旋-3/2重子靶的求和规则，以p波耦合常数为变量，量化s波π介子耦合常数与夸克模型预言之间的偏离。
• 应用组分夸克模型，将所有耦合常数表示为仅两个约化矩阵元的形式，从而降低理论不确定性。
• 利用CLEO实验测得的$Σ_c^{*} \to \Sigma_c \pi$与$Λ_{c1}^+ \to \Lambda_c \pi$衰变分支比，提取未知的耦合常数。
• 将求和规则的约束条件与实验数据结合，确定组分夸克模型中的两个约化矩阵元。
• 利用完全约束后的拉格朗日量，预测所有L=1激发粲重子的衰变宽度与分支比。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何利用类似于Adler-Weisberger关系的求和规则，约束L=1重子手征拉格朗日量中的46个未知耦合常数？
• RQ2 s波重子的π介子耦合常数与夸克模型预言的偏离程度如何？这种偏离与p波耦合常数有何关联？
• RQ3 CLEO关于$Σ_c^{*}$与$Λ_{c1}^+$衰变的实验数据，能否同时用于提取手征拉格朗日量的耦合常数与组分夸克模型的两个约化矩阵元？
• RQ4 基于手征动力学与夸克模型结构的联合约束，所有L=1激发粲重子的衰变性质预测为何？
• RQ5 实验数据与结合重强子手征有效理论与组分夸克模型的理论框架之间的一致性如何？

主要发现

• 推导出一个求和规则，将s波π介子耦合常数与夸克模型预言的偏离，与p波重子耦合常数联系起来，为手征拉格朗日量提供了非平凡的约束。
• 利用CLEO关于$Σ_c^{*} \to \Sigma_c \pi$与$Λ_{c1}^+ \to \Lambda_c \pi$衰变的实验数据，本文确定了手征拉格朗日量中若干未知耦合常数的具体数值。
• 当仅用两个约化矩阵元来参数化所有耦合常数时，组分夸克模型与实验数据保持一致。
• 约束后的拉格朗日量使得对所有L=1激发粲重子的衰变宽度与分支比做出定量预测成为可能，包括尚未被充分测量的态。
• 分析表明，求和规则为手征动力学与夸克模型预期之间提供了强有力的自洽性检验，显著降低了理论模糊性。
• 结果表明，p波耦合常数在修正朴素夸克模型对s波衰变的预言中起着关键作用，尤其在自旋-3/2通道中更为显著。