[论文解读] The Constituent Quark Model Revisited - Quark Masses, New Predictions for Hadron Masses and KN Pentaquark

Marek Karliner, Harry J. Lipkin|ArXiv.org|Jul 18, 2003

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 1被引用 39

一句话总结

本文重新审视了组成夸克模型，以解释强子质量以及最近发现的Θ⁺五价子。该模型提出一种二夸克-三夸克颜色重排的五价子态，量子数为J⁰ = 1/2⁺，I = 0，具有SU(3)味的反十重态结构，预测其质量接近实验值，同时通过广义的萨哈罗夫-泽尔多维奇关系，展示了介子与重子中夸克质量差的一致性。

ABSTRACT

Prompted by the recent surprising results in QCD spectroscopy, we extend to heavy flavors the hadron mass relations showing that the constituent quark mass differences and ratios have the same values when obtained from mesons and baryons. We obtain several new successful relations involving heavy quarks and provide some related predictions. We discuss in detail the apparent sharp decrease in m_s and m_c, when a light partner quark in a meson is replaced by a heavy one and construct a potential model which qualitatively reproduces this pattern through wave function effects. We apply these ideas to the recently discovered theta^+ exotic KN resonance and propose its interpretation as a novel kind of a pentaquark with an unusual color structure, J^P=1/2^+, I=0 and an antidecuplet of SU(3)_f. A rough mass estimate of this pentaquark is close to experiment.

研究动机与目标

• 将萨哈罗夫-泽尔多维奇质量关系推广至重味夸克，并检验介子与重子中有效夸克质量的一致性。
• 解释当奇异夸克与粲夸克与重夸克配对时，其有效质量显著降低的实验现象。
• 为奇异的Θ⁺五价子共振态提供一个现象学模型，采用新颖的二夸克-三夸克颜色结构。
• 基于已知强子质量的广义质量关系，预测Bc*介子的质量。
• 探讨波函数效应与势模型在解释重夸克在强子中有效质量降低现象中的作用。

提出的方法

• 将萨哈罗夫-泽尔多维奇质量公式推广，通过介子与重子质量差的关系来关联夸克质量差，使用矢量与伪标量介子质量的线性组合。
• 将相同的质量差公式应用于含一个重夸克的重子（Λc, Λb），以提取有效夸克质量，假设超精细相互作用在质量差中相互抵消。
• 提出一种二夸克-三夸克模型来描述Θ⁺五价子，其中五个夸克重新耦合为一个二夸克（反fundamental）与一个三夸克（反fundamental），处于非标准的色表示。
• 使用势模型定性再现当轻夸克被重夸克取代时，有效夸克质量降低的现象，归因于增强的短程束缚。
• 通过将核子质量与K介子质量相加，再减去超精细分裂，估算二夸克-三夸克系统的质量，得到约1592 MeV的粗略预测。
• 分析味对称性，表明二夸克-三夸克态在SU(3)f中自然形成一个反十重态，与Θ⁺的量子数及实验观测一致。

实验结果

研究问题

• RQ1 从介子与重子中提取的有效夸克质量差是否在组成夸克模型下一致，即使对于重味夸克？
• RQ2 为何当奇异夸克与粲夸克与重夸克配对时，其有效质量会显著降低，而与轻夸克配对时则不会？
• RQ3 Θ⁺五价子共振态能否被一致地描述为具有非标准色结构与特定量子数的二夸克-三夸克态？
• RQ4 基于涉及已知强子质量的广义强子质量关系，Bc*介子的预测质量是多少？
• RQ5 波函数效应与势模型如何解释重-轻强子中有效夸克质量降低的观测模式？

主要发现

• 从重子中提取的有效质量差ms - mu为177 MeV，从介子中提取为179 MeV，表明两个体系之间具有高度一致性。
• 从重子中得到的ms/mu质量比约为1.53，从介子中为1.61，表明存在微小但一致的偏离。
• 该模型预测Bc*介子质量约为6.7 GeV，基于涉及Bc质量及其他已知强子质量的广义质量关系。
• 二夸克-三夸克五价子模型给出约1592 MeV的粗略质量估计，与观测到的Θ⁺质量相差不足3%。
• 该模型自然预测Θ⁺为J⁰ = 1/2⁺，I = 0，SU(3)f中的反十重态，与实验数据及理论预期一致。
• 该模型解释了Θ⁺的窄宽度，归因于高轨道角动量势垒与颜色重排，抑制了KN衰变通道。