[论文解读] Strange hidden-charm tetraquarks in constituent quark models

Xin Jin, Xuejie Liu+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 23, 2020

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用 6

一句话总结

本研究利用手征夸克模型（ChQM）和夸克离域色屏蔽模型（QDCSM）研究奇异隐藏粲四价子 $cs\bar{c}\bar{u}$，重点关注二夸克-反二夸克与介子-介子构型。研究未发现束缚态，排除了分子态解释，但发现在 $Z_{cs}(3985)^{-}$ 质量附近存在可能的紧凑共振态，量子数为 $IJ^P = \frac{1}{2}0^+$ 或 $\frac{1}{2}1^+$，表明其可能为紧凑四价子共振态。

ABSTRACT

Inspired by the newly reported $Z_{cs}(3985)^{-}$ by the BESIII Collaboration, we systematically investigate the strange hidden-charm tetraquark systems $cs\bar{c}\bar{u}$ with two structures: meson-meson and diquark-antidiquark. Two quark models: the chiral quark model (ChQM) and the quark delocalization color screening model (QDCSM) are used here. Similar results are obtained in both two quark models. There is no any bound state in either ChQM or QDCSM, which excludes the molecular state explanation ($D_{s}D^{*}/D_{s}^{*}D/D_{s}^{*}D^{*}$) of the reported $Z_{cs}(3985)^{-}$. However, the effective potentials for the diquark-antidiquark $cs\bar{c}\bar{u}$ systems shows the possibility of some resonance states with mass range of $3916.5\sim 3964.6$ MeV for $IJ^{P}=\frac{1}{2} 0^{+}$, $4008.8\sim 4091.2$ MeV for $IJ^{P}=\frac{1}{2} 1^{+}$, $4246.8\sim 4418.1$ MeV for $IJ^{P}=\frac{1}{2} 2^{+}$. So the observed $Z_{cs}(3985)^{-}$ state is possible to be explained as a compact resonance state composed of $cs\bar{c}\bar{u}$ with $IJ^{P}=\frac{1}{2} 0^{+}$ or $IJ^{P}=\frac{1}{2} 1^{+}$. The study of the scattering process of corresponding open channels is under way to check this conclusion.

研究动机与目标

• 研究奇异隐藏粲四价子系统 $cs\bar{c}\bar{u}$ 中是否存在束缚态或共振态。
• 比较手征夸克模型（ChQM）和夸克离域色屏蔽模型（QDCSM）对这些系统的预测结果。
• 确定新观测到的 $Z_{cs}(3985)^{-}$ 状态是否可被解释为紧凑共振态而非分子态。
• 评估二夸克-反二夸克与介子-介子构型在形成此类奇特态中的作用。
• 评估通道耦合与禁闭效应对能谱及共振态形成的影响。

提出的方法

• 采用手征夸克模型（ChQM）描述通过一胶子交换、戈尔登玻色子交换及手征 $\sigma$-介子交换的相互作用。
• 应用夸克离域色屏蔽模型（QDCSM）以考虑多夸克系统中色屏蔽与夸克离域效应。
• 对介子-介子与二夸克-反二夸克构型进行动力学束缚态计算，以搜索束缚态。
• 进行绝热有效势计算，研究子簇之间的相互作用并识别共振态形成条件。
• 在二夸克-反二夸克构型中引入通道耦合效应，以优化能级预测。
• 比较两种模型的结果，以评估预测的一致性及模型依赖性。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否将 $Z_{cs}(3985)^{-}$ 状态解释为 $cs\bar{c}\bar{u}$ 系统中由 $D_s^*D$ 或 $D_sD^*$ 介子组成的分子态？
• RQ2 ChQM 与 QDCSM 是否在 $cs\bar{c}\bar{u}$ 四价子系统中预测到任何束缚态？
• RQ3 在 $cs\bar{c}\bar{u}$ 系统中，二夸克与反二夸克子簇之间的相互作用本质为何？
• RQ4 在二夸克-反二夸克构型中，是否存在量子数为 $IJ^P = \frac{1}{2}0^+$、$\frac{1}{2}1^+$ 或 $\frac{1}{2}2^+$ 的紧凑共振态？
• RQ5 这些模型能否再现 $Z_{cs}(3985)^{-}$ 的观测质量与宽度？

主要发现

• 在 ChQM 与 QDCSM 中均未发现 $cs\bar{c}\bar{u}$ 系统的束缚态，排除了 $Z_{cs}(3985)^{-}$ 的分子态解释。
• 在二夸克-反二夸克构型中，ChQM 的有效势在 0.3–0.4 fm 处出现最小值，QDCSM 在 0.6–0.7 fm 处出现最小值，表明存在紧凑子结构。
• 在 ChQM 中，$IJ^P = \frac{1}{2}0^+$ 的最低共振能级为 3964.6 MeV，QDCSM 中为 3916.5 MeV，两者均处于 $Z_{cs}(3985)^{-}$ 的观测质量范围内。
• 对于 $IJ^P = \frac{1}{2}1^+$，QDCSM 中的共振能级范围为 4008.8–4091.2 MeV，ChQM 中同样为 4008.8–4091.2 MeV，与 $Z_{cs}(3985)^{-}$ 质量一致。
• 在 QDCSM 中，$IJ^P = \frac{1}{2}2^+$ 的共振能级预测为 4246.8–4418.1 MeV，在 ChQM 中为 4251.7–4486.5 MeV，均高于观测态。
• 研究结论认为，$Z_{cs}(3985)^{-}$ 最可能为 $IJ^P = \frac{1}{2}0^+$ 或 $\frac{1}{2}1^+$ 的紧凑共振态，而非分子态。