[论文解读] Spectroscopy of heavy baryons with breaking of heavy-quark symmetry

Shigehiro Yasui|arXiv (Cornell University)|Aug 16, 2014

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用 3

一句话总结

本文提出了一套重子有效场论框架，用于计算激发重子（粲和底重子）的单π介子跃迁宽度，至O(1/M)修正，结合了重夸克对称性及其通过自旋算符和速度重排不变性引起的对称性破缺。关键成果是一组适用于任意布朗-马克斯自旋的、与模型无关的选律和宽度约束，使该理论可直接与实验数据对比，适用于超越Leading-Order重夸克对称性极限的激发重子研究。

ABSTRACT

Transition decay widths by one-pion emissions for excited heavy-baryons with a single heavy (charm and bottom) quark are investigated by following the heavy-quark symmetry and its breaking effects at ${\cal O}(1/M)$ for a heavy-baryon mass $M$. Based on the heavy-baryon effective theory, interaction Lagrangian for the heavy baryons with axial-vector current induced by a pion is constructed. It is presented that the transition decay widths up to ${\cal O}(1/M)$ in several channels are constrained. The results will be useful in experimental study of excited heavy-baryons.

研究动机与目标

• 将基于重夸克对称性的激发重子预测扩展至1/M的高阶修正。
• 系统地引入由于重夸克对称性破缺导致的O(1/M)修正，用于跃迁衰变宽度的计算。
• 推导出任意布朗-马克斯自旋的激发重子的单π介子衰变宽度的一般选律和约束条件。
• 为粲和底重子的高自旋激发态的实验研究提供适用的理论框架。
• 通过显式包含对称性破缺效应，弥合有效场论与夸克模型计算之间的差距。

提出的方法

• 利用重夸克极限和投影算符，构建具有任意布朗-马克斯自旋j的重子的有效张量-旋量场。
• 推导在重夸克对称性和速度重排（VR）对称性下不变的Leading-Order有效拉格朗日量。
• 通过作用于重夸克的自旋算符引入O(1/M)修正，显式打破重夸克对称性。
• 通过轴矢量流耦合推导重子与π介子之间的相互作用拉格朗日量，重点研究p波跃迁。
• 将形式化应用于两类跃迁：(i) 不同HQS双重态/单重态之间的跃迁（j → j+1），以及(ii) 同一j内的跃迁（j → j）。
• 使用3j和6j符号计算衰变宽度振幅，确保角动量守恒和宇称选择规则。

实验结果

研究问题

• RQ1 重夸克对称性破缺带来的O(1/M)修正如何影响激发重子的单π介子跃迁衰变宽度？
• RQ2 哪些选律支配具有任意布朗-马克斯自旋j的激发重子的衰变宽度？
• RQ3 涉及不同j（j → j+1）与相同j（j → j）的跃迁，其衰变宽度有何差异？
• RQ4 该形式化能否预测哪些衰变道在动力学上允许，哪些因对称性约束而被抑制？
• RQ5 所推导的约束条件与忽略对称性破缺效应的现有夸克模型预测相比有何异同？

主要发现

• 单π介子发射的跃迁衰变宽度受一个包含3j和6j符号的公式约束，振幅与耦合角动量j、j′和1/2的3j符号的平方成正比。
• 在不同HQS双重态之间跃迁（j → j+1）时，衰变宽度非零仅当总自旋J和J′满足特定角动量耦合规则，选律取决于j和j′。
• 在相同布朗-马克斯自旋内跃迁（j → j）时，衰变宽度非零仅对特定的J和J′组合成立，且振幅仅在角动量耦合允许时才不为零。
• 该形式化预测，s波跃迁（相反宇称）相比p波跃迁（相同宇称）被增强，但后者在动力学上仍可实现，并受对称性约束。
• 所推导的约束条件在O(1/M)精度内成立，且不依赖于特定的夸克模型结构，因此对实验对比具有强鲁棒性。
• 结果提供了一个与模型无关的框架，可用于检验激发重子的实验数据，尤其适用于高自旋或具有奇特量子数的共振态。