[论文解读] Production of $P_{cs}(4459)$ from $Ξ_b$ decay

Qi Wu, Dian-Yong Chen+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 9, 2021

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 84被引用 4

一句话总结

本文研究了在 $\bar{X}_b \to P_{cs}K$ 衰变中，通过 $\bar{D}^{(\text{flat})}_s$ 量子环图，在 $\bar{D}^*\bar{X}_c$ 分子态情景下产生新观测到的 $P_{cs}(4459)^0$ 五价子态的机制。采用有效拉格朗日方法，估算出 $\Xi_b \to P_{cs}(4459)^0 K$ 衰变的分支分支比约为 $10^{-4}$，适用于 $J^P = 1/2^-$ 和 $3/2^-$ 两种自旋宇称赋值，且 $3/2^-$ 到 $1/2^-$ 的分支比约为 10.6，与实验数据和理论预期一致。

ABSTRACT

Inspired by the $P_{cs}(4459)$ reported by the LHCb collaboration recently, we investigate the $P_{cs}(4459)$ production from $Ξ_b$ decay in a molecular scenario using an effective Lagrangian approach. With different $J^P$ assignments to $P_{cs}(4459)$, the magnitude of branching fractions of $Ξ_b o P_{cs}(4459) K$ is estimated, which is of the order of $10^{-4}$. Together with the decay properties of $P_{cs}(4459)$, the present estimations could be further testified by precise measurements and contribute to a better understanding of the molecular interpretations and the exploration of $J^P$ quantum numbers of $P_{cs}(4459)$.

研究动机与目标

• 在分子态假说下，研究 $\Xi_b$ 衰变中 $P_{cs}(4459)^0$ 五价子态的产生机制。
• 在不同 $J^P$ 赋值（$1/2^-$ 和 $3/2^-$）下，确定 $\Xi_b \to P_{cs}(4459)^0 K$ 衰变的分支比。
• 利用有效拉格朗日技术检验 $P_{cs}(4459)^0$ 的分子解释，并将预测结果与实验数据进行比较。
• 提供 $P_{cs}(4459)^0 \to J/\psi\Lambda$ 衰变分支比的定量估算，与观测到的速率一致。

提出的方法

• 采用有效拉格朗日方法，在强子层次上建模 $\Xi_b \to P_{cs}K$ 衰变。
• 基于接近 $\Xi_c\bar{D}^*$ 阈值的特性，将 $P_{cs}(4459)^0$ 视为 $\bar{D}^*\Xi_c$ 分子态，自旋宇称为 $1/2^-$ 或 $3/2^-$。
• 通过 $\Xi_b \to \Xi_c \bar{D}_s^{(*)}$ 衰变，随后 $\bar{D}_s^{(*)} \to \bar{D}^* + K^-$，形成分子态，作为主要产生振幅。
• 利用夸克层次的跃迁振幅和强子环图，结合 SU(3) 集体对称性和自旋结构，计算衰变宽度。
• 应用有效拉格朗日量计算矩阵元，并对相空间进行积分，获得分支比。
• 将估算的分支比与 LHCb 的实验测量结果及文献中的理论估算进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 $P_{cs}(4459)^0$ 的分子态假说下，$\Xi_b \to P_{cs}(4459)^0 K$ 衰变的预期分支比是多少？
• RQ2 该分支比如何依赖于 $P_{cs}(4459)^0$ 的 $J^P$ 量子数赋值？
• RQ3 估算的 $P_{cs}(4459)^0 \to J/\psi\Lambda$ 衰变分支比是否与实验数据一致？
• RQ4 有效拉格朗日方法是否能在不确定度范围内重现观测到的 $\Xi_b \to J/\psi\Lambda K$ 衰变速率？
• RQ5 对于 $J^P = 3/2^-$ 与 $1/2^-$ 赋值，分支比的比值是多少？该比值是否对模型参数具有鲁棒性？

主要发现

• $\Xi_b \to P_{cs}(4459)^0 K$ 衰变的分支比在 $J^P = 1/2^-$ 和 $3/2^-$ 两种赋值下均估算为 $10^{-4}$ 量级。
• $J^P = 3/2^-$ 与 $1/2^-$ 的分支比约为 10.6，且该比值几乎不依赖于模型参数。
• $\Xi_b \to P_{cs}(4459)^0 K \to J/\psi\Lambda K$ 的估算分支比为 $6.25^{+5.98}_{-4.98} \times 10^{-6}$，与实验测量结果一致。
• $P_{cs}(4459)^0 \to J/\psi\Lambda$ 衰变的分支比估算为 $10^{-2}$ 至 $10^{-1}$ 量级，具体取决于 $J^P$，与先前的理论估算一致。
• 结果支持将 $P_{cs}(4459)^0$ 解释为 $\bar{D}^*\Xi_c$ 绑定态的分子图像，尤其倾向于 $J^P = 3/2^-$，因其具有更高的分支比。