[论文解读] Puzzle of the $\Lambda_c$ spectrum

Qi-Fang Lü, Yubing Dong+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 30, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 12

一句话总结

该论文通过在相对夸克势框架下的轻二夸克模型，解决了Λc(2880)+谱中长期存在的谜题，提出观测到的峰实际上包含了L = 2的缺失3/2+态，将Λc(2765)+的量子数赋为JP = 1/2+，Λc(2940)+的量子数赋为JP = 1/2−。分析表明，L = 2多重态内的质量简并性与ΛQCD尺度的能隙一致，支持在约2880 MeV附近存在一个隐藏的3/2+态。

ABSTRACT

There is a puzzle in the $\Lambda_c^+$ family, i.e., one member with $J^P=3/2^+$ is missing in a $L=2$ multiplet which the heavy quark effective theory predicts, and $J^P$'s of $\Lambda_c(2765)^+$ and $\Lambda_c(2940)^+$ are unknown. Using a light diquark picture to calculate baryon masses, we study possible assignments of two $\Lambda_c$'s with unknown $J^P$ and the missing $\Lambda_c^+$ with $3/2^+$ for $L=2$, and we find the most probable possibility that the peak corresponding to $\Lambda_c(2880)^+$ actually includes a missing member with spin $3/2^+$ for $L=2$ and that quantum numbers of $\Lambda_c(2765)^+$ and $\Lambda_c(2940)^+$ are $2S(1/2^+)$ and $2P(1/2^-)$, respectively.

研究动机与目标

• 解决粲重子谱中Λc重子L = 2多重态内长期存在的3/2+态缺失问题。
• 确定两个特性描述不足的态Λc(2765)+和Λc(2940)+的量子数JP。
• 检验轻二夸克模型与实验质量模式及重夸克对称性预测的一致性。
• 调和理论质量预测与实验数据，特别是2880 MeV处的窄峰中包含一个隐藏的3/2+态。

提出的方法

• 采用轻二夸克图像，将Λc重子建模为重夸克-二夸克系统（Q{qq}）。
• 使用Godfrey与Isgur（GI）的相对夸克势模型计算二夸克质量，参数来自参考文献[7, 8]和[10]。
• 将相同的相对哈密顿量应用于重夸克-二夸克系统，以预测重子质量，包括自旋-轨道、自旋相关和禁闭项。
• 将二夸克质量作为参数拟合，以匹配实验数据，从而提高与观测谱的一致性。
• 将L = 2态（2S, 2P, 1D）的预测质量与实验峰比较，特别是Λc(2880)+，以推断隐藏态的存在。
• 利用多重态内质量简并性（差异约10 MeV）以及L多重态之间约300 MeV的能隙，验证量子数分配。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何在重夸克对称性预测下，Λc重子L = 2多重态中仍缺失3/2+态？
• RQ2 Λc(2765)+和Λc(2940)+态的正确量子数JP是什么？
• RQ3 由于质量简并性，观测到的Λc(2880)+峰是否可解释为5/2+与3/2+态的混合？
• RQ4 轻二夸克模型结合相对夸克动力学，对观测到的Λc重子谱的再现程度如何？

主要发现

• Λc(2880)+峰中很可能包含一个L = 2的隐藏3/2+态，其预测质量为2919 MeV（CI）或2930 MeV（GI），与2880 MeV峰相差不足10 MeV。
• Λc(2765)+被赋为JP = 1/2+，作为2S态，与L = 2多重态内的质量简并性一致。
• Λc(2940)+被识别为JP = 1/2−的2P态，基于其质量与衰变模式的一致性。
• 同一L多重态内的质量差小于10 MeV，支持在约2880 MeV附近存在一个简并的3/2+态。
• 该模型预测L = 1与L = 2多重态之间存在约300 MeV的能隙，与ΛQCD尺度及重夸克对称性一致。
• 理论不确定性和实验分辨率限制使得无法在Λc(2880)+峰中区分3/2+与5/2+态，表明其可能为混合态或未分辨的双重态。