Novas descobertas sobre os estados de pentaquarks
A pesquisa esclarece a produção e o decaimento de partículas pentaquark.
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Índice
A existência de Pentaquarks, que são partículas únicas feitas de cinco quarks, tem sido um assunto de interesse na física de partículas. Em 2019, pesquisadores descobriram três estados de pentaquarks com charme oculto. Esses estados têm sido considerados como se comportando de forma parecida com moléculas formadas por quarks, e seus mecanismos de decaimento levantaram várias questões. Este artigo discute como os pesquisadores usam um método chamado teoria de campo efetiva para entender as Taxas de Produção dessas moléculas de pentaquarks durante certos Decaimentos.
Descoberta dos Pentaquarks
A jornada no mundo dos pentaquarks começou quando dois estados foram descobertos, seguidos por atualizações indicando que um estado se dividiu em dois. Recentemente, mais evidências de estados de pentaquarks foram encontradas no decaimento de certos mesons. No entanto, mais pesquisas são necessárias para estabelecer firmemente a sua existência.
Entendendo os Estados de Pentaquarks
Os estados de pentaquarks podem ser organizados em uma classificação específica com base em sua massa. No entanto, suas propriedades, como a largura de decaimento, muitas vezes não correspondem ao que foi observado experimentalmente. Os decaimentos desses estados em mais partículas não foram claramente definidos. Estudos anteriores indicaram que os estados de pentaquarks decaem principalmente em modos de duas partículas, em vez de três.
Mecanismos de Decaimento
Os processos de decaimento dos estados de pentaquarks podem ocorrer por meio de dois mecanismos principais:
Mecanismo I: Nesse processo, uma partícula mãe decai em três partículas, que podem então interagir entre si para formar moléculas de pentaquarks.
Mecanismo II: Aqui, a partícula mãe primeiro decai em duas outras partículas. Estas então decaem ainda mais, levando à criação de moléculas de pentaquarks.
Ambos os mecanismos estão sob investigação para entender o quanto eles contribuem para a produção de estados de pentaquarks.
Abordagem da Teoria de Campo Efetiva
O método da teoria de campo efetiva (EFT) foca em interações de curto alcance e permite que os pesquisadores calculem as taxas de decaimento dos estados de pentaquarks analisando suas interações em nível quântico. Isso envolve a criação de diagramas que ajudam a ilustrar como essas partículas podem se comportar durante os decaimentos.
Nos diagramas em triângulo, o processo começa com uma partícula decaindo e levando a decaimentos subsequentes, resultando na criação de estados de pentaquarks. Essas representações visuais de interações ajudam a simplificar processos físicos complexos, tornando-os mais fáceis de analisar.
Interações em Canal Acoplado
As interações entre moléculas de pentaquarks e seus constituintes são examinadas usando o que é conhecido como canais acoplados. Esses são essencialmente diferentes caminhos que as partículas podem seguir durante as interações. Diferentes conjuntos de energia potencial podem influenciar o comportamento desses estados e seus mecanismos de decaimento.
Frações de Ramificação
As frações de ramificação representam a probabilidade de um modo de decaimento específico ocorrer entre todas as possibilidades de decaimento. Calculando essas frações para os vários estados de pentaquarks, os pesquisadores buscam prever com que frequência essas partículas vão se desintegrar de formas específicas.
Por exemplo, o decaimento de certas partículas poderia resultar em estados de pentaquarks, e os pesquisadores calcularam as frações de ramificação para entender quão provável isso é.
Taxas de Produção
As taxas de produção de estados de pentaquarks são essenciais para entender com que frequência essas partículas exóticas podem ser criadas durante processos como colisões de alta energia. Quando certas partículas decaem, as condições sob as quais as moléculas de pentaquarks são produzidas podem variar. Ao empregar a abordagem da teoria de campo efetiva, os pesquisadores puderam estimar essas taxas de produção.
No contexto dos decaimentos, alguns canais mostram uma maior probabilidade de produzir estados de pentaquarks do que outros. Além disso, interações diferentes entre as partículas podem influenciar essas taxas, permitindo previsões sobre quais decaimentos são mais propensos a gerar pentaquarks.
Resumo das Descobertas
As descobertas indicam que os três estados de pentaquarks podem ser criados dinamicamente através de interações de decaimento específicas. A pesquisa mostra que as massas dessas partículas são bem descritas e que suas frações de ramificação se alinham com dados experimentais em certos cenários. No entanto, para outros cenários, algumas discrepâncias existem.
A importância dos estados de pentaquarks está nas implicações para entender como os quarks se combinam para formar novas partículas. Compreender esses processos ajuda os físicos a explorar mais as características da matéria e as forças fundamentais em jogo.
Direções Futuras
A pesquisa sobre pentaquarks com charme oculto está em andamento. Estudos futuros visam refinar modelos e previsões atuais, potencialmente revelando mais nuances nos comportamentos dessas partículas exóticas. Os pesquisadores também estão interessados em obter mais dados experimentais para confirmar ou desafiar teorias existentes sobre os estados de pentaquarks.
A exploração contínua das propriedades dos estados de pentaquarks pode levar a insights mais profundos sobre como quarks e gluons, os blocos de construção da matéria, interagem sob diferentes condições. Essa busca pode ajudar a descobrir novas física além do que é atualmente entendido na física de partículas.
Conclusão
O estudo dos estados de pentaquarks com charme oculto representa uma área fascinante da física moderna. Ao entender os mecanismos por trás de sua produção e decaimento, os pesquisadores estão montando o quebra-cabeça complexo de como partículas fundamentais interagem e formam novos estados de matéria. A pesquisa em andamento promete desenvolvimentos empolgantes que podem mudar nossa compreensão do universo.
Título: Production rates of hidden-charm pentaquark molecules in $\Lambda_b$ decays
Resumo: The partial decay widths and production mechanism of the three pentaquark states, $P_{\psi}^{N}(4312)$, $P_{\psi}^{N}(4440)$, and $P_{\psi}^{N}(4457)$, discovered by the LHCb Collaboration in 2019, are still under debate. In this work, we employ the contact-range effective field theory approach to construct the $\bar{D}^{(*)}\Sigma_{c}^{(*)}$, $\bar{D}^{*}\Lambda_c$, $\bar{D}\Lambda_c$, $J/\psi p$, and $\eta_c p$ coupled-channel interactions to dynamically generate the multiplet of hidde-charm pentaquark molecules by reproducing the masses and widths of $P_{\psi}^{N}(4312)$, $P_{\psi}^{N}(4440)$, and $P_{\psi}^{N}(4457)$. Assuming that the pentaquark molecules are produced in the $\Lambda_b$ decay via the triangle diagrams, where $\Lambda_{b}$ firstly decays into $D_{s}^{(\ast)}\Lambda_{c}$, then $D_{s}^{(\ast)}$ scatters into $\bar{D}^{(\ast)}K$, and finally the molecules are dynamically generated by the $\bar{D}^{(\ast)}\Lambda_{c}$ interactions, we calculate the branching fractions of the decays $\Lambda_b \to {P_{\psi}^{N}}K$ using the effective Lagrangian approach. With the partial decay widths of these pentaquark molecules, we further estimate the branching fraction of the decays $ \Lambda_b \to ( P_{\psi}^{N} \to J/\psi p )K $ and $ \Lambda_b \to ( P_{\psi}^{N}\to \bar{D}^* \Lambda_c )K $. Our results show that the pentaquark states $P_{\psi}^{N}(4312)$, $P_{\psi}^{N}(4440)$, and $P_{\psi}^{N}(4457)$ as hadronic molecules can be produced in the $\Lambda_b$ decay, and on the other hand their heavy quark spin symmetry partners are invisible in the $J/\psi p$ invariant mass distribution because of the small production rates. Our studies show that is possible to observe some of the pentaquark states in the $\Lambda_b\to \bar{D}^*\Lambda_c K$ decays.
Autores: Ya-Wen Pan, Ming-Zhu Liu, Li-Sheng Geng
Última atualização: 2023-11-15 00:00:00
Idioma: English
Fonte URL: https://arxiv.org/abs/2309.12050
Fonte PDF: https://arxiv.org/pdf/2309.12050
Licença: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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