Study of diquark composites based on chiral effective theory

• Project Area: Clustering as a window on the hierarchical structure of quantum systems
• Project/Area Number: 21H00132
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research (2022); Japan Atomic Energy Agency (2021)
• Principal Investigator: 岡 眞 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 客員主管研究員 (60144606)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: ダイクォーク / ヘビークォーク / カイラル対称性 / 軸性アノーマリー / クォーク / ハドロン / 量子色力学 QCD / テトラクォーク / 量子色力学

Outline of Research at the Start

カイラル対称性や軸性アノーマリーに基づく軽いダイクォークのカイラル有効理論をヘビーバリオンのスペクトルに適用した成果をもとに、ダイクォークを構成要素とするマルチクォーク系の束縛状態と共鳴状態のスペクトル及び崩壊過程を解析し、新しいハドロン分光分野の開拓に挑戦する。特に、カラーを持つダイクォークの閉込め現象やボソンの対称性を示すダイクォーク間の相関など、QCD のカラーダイナミクスが複合系で果たす役割に注目する。最近注目されているテトラクォークやペンタクォークなどのマルチクォーク状態のスペクトルと構造をダイクォーク描像に基づいて明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

ハドロン中のカラーをもつダイクォーククラスターの質量スペクトルやダイナミクスをカイラル対称性に基づく有効理論を用いて解析した。軽いクォーク(u, d, s) ２個からなるダイクォークのダイナミクスは、軽いメソンと同様にSU(3)xSU(3)カイラル対称性およびU(1)A軸性アノーマリーによる強い制限を受けることが想定される。このようなダイクォークの性質を調べるためには、ヘビークォークとの束縛状態であるヘビーバリオンのスペクトロスコピーが大変有効である。我々は、スカラーおよびベクトルのダイクォークに関するカイラル有効理論を構築し、その性質に基づいてダイクォークのスペクトルを解析した。カイラル対称性によると、フレーバーSU(3)の3 bar 状態のスカラーダイクォークと擬スカラーダイクォークがカイラルパートナー（組）として関連付けられる。また、SU(3) 6状態の軸性ベクトルダイクォークと3 bar 状態のベクトルダイクォークが別の組になる。カイラルパートナーは質量や相互作用に強い連携が見られ、その連携がそれぞれを含むヘビーバリオンの性質に反映される。具体的には、正パリティのバリオン基底状態 Lambda_Q, Sigma_Q (Qはヘビークォークを表す）などに対応して、負パリティのrho-mode励起状態が対応してその性質に対応関係が見られる。今年度はこれらの総合的なまとめとして、バリオンスペクトルとその崩壊幅の性質をカイラル有効理論に基づく解析により明らかにするとともに、有限温度、密度でカイラル対称性の部分的な回復現象が現れる際に、ダイクォークの質量がどのように変化して、それがバリオンスペクトルに現れるかについてカイラル有効理論および南部ーヨナラシニオ模型による計算を行って予言を行った。将来高密度物質中でヘビーバリオンの実験的観測が行われれば、非常に重要な検証となる。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Shandong University(中国)
• [Journal Article] Strong decays of singly heavy baryons from a chiral effective theory of diquarks (2023)
  • Author(s): Yonghee Kim, Makoto Oka, Daiki Suenaga, Kei Suzuki
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 107 Issue: 7 Pages: 074015-074015
  • DOI: 10.1103/physrevd.107.074015
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Axial anomaly effect on the chiral-partner structure of diquarks at high temperature (2023)
  • Author(s): Suenaga Daiki、Oka Makoto
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 108 Issue: 1
  • DOI: 10.1103/physrevd.108.014030
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Axial anomaly effect on three-quark and five-quark singly heavy baryons (2023)
  • Author(s): Takada Hiroto、Suenaga Daiki、Harada Masayasu、Hosaka Atsushi、Oka Makoto
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 108 Issue: 5 Pages: 054033-054033
  • DOI: 10.1103/physrevd.108.054033
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Doubly heavy tetraquarks in a chiral-diquark picture (2022)
  • Author(s): Kim Yonghee, Makoto Oka, Kei Suzuki
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 105 Issue: 7 Pages: 074021-074021
  • DOI: 10.1103/physrevd.105.074021
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Heavy baryon spectrum with chiral multiplets of scalar and vector diquarks (2021)
  • Author(s): Yonghee Kim, Yan-Rui Liu, Makoto Oka, Kei Suzuki
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 104 Issue: 5 Pages: 054012-054012
  • DOI: 10.1103/physrevd.104.054012
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Spectroscopy of Heavy Baryons and Roles of Diquarks (2023)
  • Author(s): Makoto Oka
  • Organizer: The 20th International Conference on Hadron Spectroscopy and Structure (HADRON 2023)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Spectrum of Heavy Baryons and Roles of Diquarks (2023)
  • Author(s): Makoto Oka
  • Organizer: International Workshop on J-PARC Hadron Physics 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Spectroscopy of Heavy Hadrons @ J-PARC (2022)
  • Author(s): Makoto Oka
  • Organizer: 2nd J-PARC HEF-ex Workshop (J-PARC)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Chiral Effective Theory of Diquarks and Application to Heavy Hadron Spectrum (2022)
  • Author(s): Makoto Oka
  • Organizer: 14th International Conference on Hypernuclear and Strange Particle Physics (HYP2022)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] T_{QQ}in Quark and Diquark Models (2021)
  • Author(s): Makoto Oka
  • Organizer: Workshop on Double Charm Tetraquark and Other Exotics (IP2I, Lyon)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Future Directions of Hadron Physics (2021)
  • Author(s): Makoto Oka
  • Organizer: APCTP Focus Program in Nuclear Physics 2021, Part I Hadron Properties in a nuclear medium from the quark and gluon degrees of freedom (APCTP, Korea)
  • Int'l Joint Research / Invited