Neste trabalho usamos as regras de soma da QCD para calcular as massas e constantes de acoplamento ou decaimento dos estados exóticos theta+(1540) e cascata--(1862) (pentaquarks), dos mesons escalares charmosos DsJ+(2317), D0(2308) e D0(2405) e do meson axial X(3872). Os mesons foram também tratados como estados exóticos de quatro quarks (tetraquarks). Dois métodos de regra de soma foram aplicados e uma atenção especial foi dada aos limites de validade e incertezas da regra de soma. Em todos os casos encontramos resultados compatíveis com os dados experimentais existentes, mas no caso dos pentaquarks e dos mesons escalares as regras de soma têm algumas de suas condições violadas, levantando a questão sobre a existência das ressonâncias na forma em que foram propostas. Fizemos também uma previsão para um méson axial Xb, que é uma expansão para o setor botônico do modelo assumido para o X(3872). / In this work the QCD Sum Rules have been used to obtain masses and coupling or decay constants of the theta+(1540) and cascade--(1862) pentaquarks, the DsJ+(2317), D0(2308) and D0(2405) charmed scalar mesons and the X(3872) axial meson. The mesons have been treated as 4-quark exotic states (tetraquarks). Two sum rules methods have been used with special attention given to the limits and uncertainties of the sum rules. Results consistent with experimental data have been found in all cases, but some of the sum rules constraints have been violated in the calculation of the pentaquarks and scalar mesons, leaving questions about the existence of the states as they have been built here. A prediction was also made for the mass of a state expanding the model used for X(3872) to the botton sector, named Xb.

Neste trabalho usamos as regras de soma da QCD para calcular as massas e constantes de acoplamento ou decaimento dos estados exóticos theta+(1540) e cascata--(1862) (pentaquarks), dos mesons escalares charmosos DsJ+(2317), D0(2308) e D0(2405) e do meson axial X(3872). Os mesons foram também tratados como estados exóticos de quatro quarks (tetraquarks). Dois métodos de regra de soma foram aplicados e uma atenção especial foi dada aos limites de validade e incertezas da regra de soma. Em todos os casos encontramos resultados compatíveis com os dados experimentais existentes, mas no caso dos pentaquarks e dos mesons escalares as regras de soma têm algumas de suas condições violadas, levantando a questão sobre a existência das ressonâncias na forma em que foram propostas. Fizemos também uma previsão para um méson axial Xb, que é uma expansão para o setor botônico do modelo assumido para o X(3872). / In this work the QCD Sum Rules have been used to obtain masses and coupling or decay constants of the theta+(1540) and cascade--(1862) pentaquarks, the DsJ+(2317), D0(2308) and D0(2405) charmed scalar mesons and the X(3872) axial meson. The mesons have been treated as 4-quark exotic states (tetraquarks). Two sum rules methods have been used with special attention given to the limits and uncertainties of the sum rules. Results consistent with experimental data have been found in all cases, but some of the sum rules constraints have been violated in the calculation of the pentaquarks and scalar mesons, leaving questions about the existence of the states as they have been built here. A prediction was also made for the mass of a state expanding the model used for X(3872) to the botton sector, named Xb.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第18673号 / 理博第4022号 / 新制||理||1580(附属図書館) / 31606 / 京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻 / (主査)教授 永江 知文, 教授 谷森 達, 准教授 成木 恵 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DGAM

Motivated by the recent discoveries of exotic and possible crypto-exotic states, presented in this thesis is an inclusive search for the production of a crypto-exotic baryon state called R(3520) with hidden charm in e+e− interactions at a centre of mass energy of 10.58 GeV in the data collected at the energy Υ(4S) resonance with the BABAR detector using a data set of 228 fb−1. Hints about the existence of the R(3520) state were reported in an analysis of data from a 2m hydrogen bubble chamber experiment at CERN. Two decay modes of the R(3520) resonance were investigated in this thesis R(3520) → pK+π−π−K0 S and R(3520) → pK+π−K∗−. The invariant mass spectra of the two final states were analysed and no evidence for the state was observed. Therefore, Upper limits were set on the differential cross section for the production of the R(3520) as a function of the momentum in the centre of mass frame. Using these differential cross sections the total cross sections were calculated with two different hypotheses for the width of the resonance, 1MeV/c2 and 7MeV/c2, with the additional assumption that the momentum spectrum for the production of state is flat. The upper limits for the total cross section production of the R(3520) for the decay mode p π− π− K+ K0 S were calculated to be 32 fb/GeV/c (48 fb GeV/c) with the 1MeV/c2 (7 MeV/c2) width. For the decay mode p π− K+ K∗− the upper limits on the total cross section were 62 fb/ GeV/c (93 fb/ GeV/c) for the 1MeV/c2 (7 MeV/c2) width hypotheses. The studies were repeated with the additional requirement that there was an additional antiproton in the event. The invariant mass spectra were analysed and no evidence for the state was found. Therefore, upper limits were calculated on the differential cross sections and the total cross sections for the production of this state. The upper limits for the total cross section production of the R(3520) for the decay mode p π− π− K+ K0 S were calculated to be 25 fb/GeV (36 fb/ GeV) with the 1 MeV/c2 (7 MeV/c2) width. For the decay mode p π− K+ K∗− the upper limits on the total cross section were 62 fb/GeV/c (83 fb/ GeV/c) for the 1MeV/c2 (7 MeV/c2) width hypotheses. This shows that the nonobservance of the state was unaffected by the condition that the baryon number was conserved in the event. The thesis also investigates the feasibility of using a new evolutionary algorithm, Gene Expression Programming, for an event selection problem relevant for the physics analysis presented here. The new methods allowed automatic identification of selection criteria similar to those based on cuts applied on event variables. This showed the feasibility of the new method.

During the years between 1994 and 1997, the emulsion target of the CHORUS experiment was exposed to the wide band neutrino beam of the CERN SPS of 27 GeV average energy collecting about 106 neutrino interactions. A measurement of induced charm production and search for anticharmed pentaquark (0 c ) have been performed by using the presence of a 6% component in the beam. By requiring a positive muon charge as determined by the CHORUS muon spectrometer, 46 -induced charm events were observed with an estimated background of 5:20:4 events. At an average antineutrino energy of 18 GeV in the neutrino beam, the charm production rate induced by is

In the Jefferson Lab E12-16-007 (J/psi-007) experiment we measured the differential J/psi photo-production cross section as a function of photon energy, E_gamma and Mandelstam variable t - the momentum transfer from the initial photon to the produced J/psi - in the energy region where all the charm pentaquark states were discovered by the LHCb (Large Hadron Collider beauty) collaboration. The J/psi-007 experiment was conducted in the experimental Hall C of the Thomas Jefferson National Accelerator Facility using a high-intensity real photon beam generated by a 10.6 GeV incident electron beam traversing a copper radiator upstream of a liquid hydrogen target. Two arm spectrometers of Hall C, HMS (High Momentum Spectrometer), and SHMS (Super High Momentum Spectrometer) were used to detect the e+ e- di-lepton J/psi decay pairs in coincidence. The spectrometers' four momentum and angle settings scanned a photon beam energy range between 9.1 and 10.6 GeV and |t| up to 5 GeV^2. An enhanced sensitivity to the s-channel resonant J/psi photo-production was achieved by optimizing the spectrometer settings at a higher t region where the non-resonant standard t-channel J/psi production cross section is strongly suppressed. No evidence for pentaquarks was observed and, the cross section upper limits for each LHCb pentaquark candidate were determined and are presented in this document. / Physics

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For the anti-charmed pentaquark state with and without strangeness a QCD sum rule analysis, which is one of the nonperturbative approaches, is presented. For this purpose we employ pentaquark currents with and without strangeness, with two different current for each case. To refine the sum rules we also consider the DN continuum contribution in our analysis since this procedure is important to identify the signal of the pentaquark state. While the sum rules for most of the currents are either non-convergent or dominated by the DN continuum, the one for the non-strange pentaquark current composed of two diquarks and an antiquark, is convergent and has a structure consistent with a positive parity pentaquark state after subtracting out the DN continuum contribution. Arguments are presented on the similarity between the result of the present analysis and that based on the constituent quark models, which predict more stable pentaquark states when the antiquark is heavy.

Nesta tese obtemos, de um ponto de vista matemáticamente rigoroso, a parte inferior do espectro de energia-momento de dois modelos de teorias quânticas de campo com tempo imaginário em redes de dimensão $d+1$ (resultados explícitos para o caso $d = 3$ e matrizes de Dirac) que contém férmions: um modelo puramente fermiônico com interação quártica nos campos fermiônicos de $N$ componentes (modelo de Quatro-Férmions) e um modelo de cromodinâmica quântica. Para o modelo de Quatro-Férmions, $\\kappa$ é o parâmetro de hopping, $M_0$ é a massa bare dos férmions e $\\lambda$ é o parâmetro de interação. Uma expansão de polímeros garante a existência das funções de correlação no limite termodinâmico, na região onde $|\\frac{\\kappa}|$ é pequeno. A análise do espectro é baseada em representações espectrais para funções de correlação de dois e quatro férmions. A análise das funções de correlação adequadas é simplificada pelo uso de simetrias, em particular, de uma {\\em nova} simetria de Reflexão Temporal que aparece no nível das funções de correlação. A determinação do espectro é executada através de um estudo detalhado das taxas de decaimento das funções de correlação. Até próximo ao limiar de três partículas, o espectro de energia e momento exibe curvas de dispersão isoladas que são identificadas com partículas e estados ligados de duas partículas. No subespaço de uma partícula, o espectro consiste em uma curva de dispersão isolada. A massa da partícula é de ordem $-\\ln \\kappa$. O espectro de duas partículas aparece como soluções de uma equação de Bethe-Salpeter, resolvida primeiro em uma aproximação em escada. O espectro de duas partículas contém uma banda de duas partículas livres de largura finita. A existência de estados ligados acima ou abaixo da banda de duas partículas depende do fato do modelo apresentar ou não dominação gaussiana. Um parâmetro $\\aleph$ é dado para medir a dominação gaussiana. Para $\\aleph=0$, nenhum estado ligado ocorre. Para $\\aleph>0$, o estado ligado ocorre abaixo da banda de duas partículas. Para $\\aleph<0$, o estado ligado aparecem acima desta banda. Os resultados obtidos nesta aproximação em escada podem ser estendidos para o modelo completo através de um controle rigoroso das contribuições que diferenciam essas duas situações. Em uma segunda parte, idéias análogas são aplicadas para analisar o espectro do modelo de cromodinâmica quântica. Em particular, nós mostramos a existência dos pentaquarks no regime de acoplamento forte (acoplamento entre as plaquetas $0 <\\beta= \\frac{g^2_0} \\ll \\kappa $). O modelo possui simetria de calibre $SU(3)_c$ e de sabor $SU(2)_f$. Os pentaquark revelados são superposições de estados ligados de mésons e bárions. Apenas estados com um número ímpar de férmions e abaixo do limiar de energia meson-bárion são considerados. O pentaquark é determinado usando uma aproximação em escada para uma equação Bethe-Salpeter. Na ordem dominante em $\\beta$, a massa deste estado é aproximadamente $-5 \\ln\\kappa$ e sua energia de ligação é de ordem $\\textrm(\\kappa^2)$. O estado mais fortemente ligado tem isospin $I=\\frac$. Para $I=\\frac$ não há estados ligados. Estes resultados mostram uma dependência nos spins dos méson e bárion. Esta análise mostra que um potencial de troca de quark-anti-quark de $\\textrm(\\kappa^2)$ é a interação dominante, mas não há uma interpretação de troca de mésons. / In this thesis, we obtain, from a mathematically rigorous point of view, the low-lying energy-momentum spectrum of two $3+1$ dimensional imaginary time lattice quantum filed theory with fermion fields (we give explicit results for the case $d = 3$ and Dirac matrices): a pure fermionic model with quartic interaction in the $N$-component fermion field and a quantum chromodynamics model. For the Four-Fermion model, $\\kappa$ denotes the hopping parameter, $M_0$ the fermion bare mass and $\\lambda$ the interaction parameter. A polymer expansion show the existence of the model correlation functions in the thermodynamic limit, in the region where $|\\frac{\\kappa}|$ is small enough. The analysis of the spectrum is based on spectral representations of two- and four- point correlation functions. The analysis of such adequate correlation functions is simplified by the help of symmetries, in particular, by a {\\em new} Time Reflection symmetry, which appear in the level of correlation functions. The exact determination of the spectrum is done using a detailed study of the decay rates of the correlations. Up to near the 3 particle threshold, the energy-momentum spectrum exhibits isolated dispersion curves that are identified as particles and bound states. In the one-particle subspace, the spectrum consist in just a isolated dispersion curve. The mass of the associated particle is of order $-\\ln \\kappa$. The two-particle spectrum shows up as solutions of a Bethe-Salpeter equation, which is solved first in a ladder approximation. The two-particle spectrum contains a two free particles band of finite width. The existence of bound states above or below the band depends on wherever the model Gaussian domination holds. A parameter $\\aleph$ is given to measure the Gaussian domination. For $\\aleph=0$, no bound state occurs. For $\\aleph>0$, a bound state appears bellow the two-particles band. For $\\aleph<0$, the bound state appears above this band. The result obtained in this ladder approximation can be extended to the full model by a rigorous control of the contributions that differ these two cases. In a second part, analog ideas are applied to analyze the spectrum of a quantum chromodynamics model. In particular, we show the existence of pentaquarks in the strong coupling regime (plaquette coupling $0 <\\beta= \\frac{g^2_0} \\ll \\kappa $). The model has a $SU(3)_c$ gauge symmetry and a $SU(2)_f$ flavor symmetry. The reveled pentaquarks are superpositions of meson-baryon bound states. Only states with an odd number of fermions and bellow the meson-baryon threshold are considered. The pentaquark are determined using a ladder approximation to the Bethe-Salpeter equation. In the dominant order in $\\beta$, the bound state mass is $\\approx -5 \\ln\\kappa$ and the binding energy is of order $\\textrm(\\kappa^2)$. The most strongly bounded bound state has isospin $I=\\frac$. For $I=\\frac$, there is no bound state. These results shows a dependence in the spins of the meson and baryon. This analysis show that a $\\textrm(\\kappa^2)$ quark-anti-quark exchange potential is the dominant interaction, although there is not a meson exchange interpretation.

Nesta tese obtemos, de um ponto de vista matemáticamente rigoroso, a parte inferior do espectro de energia-momento de dois modelos de teorias quânticas de campo com tempo imaginário em redes de dimensão $d+1$ (resultados explícitos para o caso $d = 3$ e matrizes de Dirac) que contém férmions: um modelo puramente fermiônico com interação quártica nos campos fermiônicos de $N$ componentes (modelo de Quatro-Férmions) e um modelo de cromodinâmica quântica. Para o modelo de Quatro-Férmions, $\\kappa$ é o parâmetro de hopping, $M_0$ é a massa bare dos férmions e $\\lambda$ é o parâmetro de interação. Uma expansão de polímeros garante a existência das funções de correlação no limite termodinâmico, na região onde $|\\frac{\\kappa}|$ é pequeno. A análise do espectro é baseada em representações espectrais para funções de correlação de dois e quatro férmions. A análise das funções de correlação adequadas é simplificada pelo uso de simetrias, em particular, de uma {\\em nova} simetria de Reflexão Temporal que aparece no nível das funções de correlação. A determinação do espectro é executada através de um estudo detalhado das taxas de decaimento das funções de correlação. Até próximo ao limiar de três partículas, o espectro de energia e momento exibe curvas de dispersão isoladas que são identificadas com partículas e estados ligados de duas partículas. No subespaço de uma partícula, o espectro consiste em uma curva de dispersão isolada. A massa da partícula é de ordem $-\\ln \\kappa$. O espectro de duas partículas aparece como soluções de uma equação de Bethe-Salpeter, resolvida primeiro em uma aproximação em escada. O espectro de duas partículas contém uma banda de duas partículas livres de largura finita. A existência de estados ligados acima ou abaixo da banda de duas partículas depende do fato do modelo apresentar ou não dominação gaussiana. Um parâmetro $\\aleph$ é dado para medir a dominação gaussiana. Para $\\aleph=0$, nenhum estado ligado ocorre. Para $\\aleph>0$, o estado ligado ocorre abaixo da banda de duas partículas. Para $\\aleph<0$, o estado ligado aparecem acima desta banda. Os resultados obtidos nesta aproximação em escada podem ser estendidos para o modelo completo através de um controle rigoroso das contribuições que diferenciam essas duas situações. Em uma segunda parte, idéias análogas são aplicadas para analisar o espectro do modelo de cromodinâmica quântica. Em particular, nós mostramos a existência dos pentaquarks no regime de acoplamento forte (acoplamento entre as plaquetas $0 <\\beta= \\frac{g^2_0} \\ll \\kappa $). O modelo possui simetria de calibre $SU(3)_c$ e de sabor $SU(2)_f$. Os pentaquark revelados são superposições de estados ligados de mésons e bárions. Apenas estados com um número ímpar de férmions e abaixo do limiar de energia meson-bárion são considerados. O pentaquark é determinado usando uma aproximação em escada para uma equação Bethe-Salpeter. Na ordem dominante em $\\beta$, a massa deste estado é aproximadamente $-5 \\ln\\kappa$ e sua energia de ligação é de ordem $\\textrm(\\kappa^2)$. O estado mais fortemente ligado tem isospin $I=\\frac$. Para $I=\\frac$ não há estados ligados. Estes resultados mostram uma dependência nos spins dos méson e bárion. Esta análise mostra que um potencial de troca de quark-anti-quark de $\\textrm(\\kappa^2)$ é a interação dominante, mas não há uma interpretação de troca de mésons. / In this thesis, we obtain, from a mathematically rigorous point of view, the low-lying energy-momentum spectrum of two $3+1$ dimensional imaginary time lattice quantum filed theory with fermion fields (we give explicit results for the case $d = 3$ and Dirac matrices): a pure fermionic model with quartic interaction in the $N$-component fermion field and a quantum chromodynamics model. For the Four-Fermion model, $\\kappa$ denotes the hopping parameter, $M_0$ the fermion bare mass and $\\lambda$ the interaction parameter. A polymer expansion show the existence of the model correlation functions in the thermodynamic limit, in the region where $|\\frac{\\kappa}|$ is small enough. The analysis of the spectrum is based on spectral representations of two- and four- point correlation functions. The analysis of such adequate correlation functions is simplified by the help of symmetries, in particular, by a {\\em new} Time Reflection symmetry, which appear in the level of correlation functions. The exact determination of the spectrum is done using a detailed study of the decay rates of the correlations. Up to near the 3 particle threshold, the energy-momentum spectrum exhibits isolated dispersion curves that are identified as particles and bound states. In the one-particle subspace, the spectrum consist in just a isolated dispersion curve. The mass of the associated particle is of order $-\\ln \\kappa$. The two-particle spectrum shows up as solutions of a Bethe-Salpeter equation, which is solved first in a ladder approximation. The two-particle spectrum contains a two free particles band of finite width. The existence of bound states above or below the band depends on wherever the model Gaussian domination holds. A parameter $\\aleph$ is given to measure the Gaussian domination. For $\\aleph=0$, no bound state occurs. For $\\aleph>0$, a bound state appears bellow the two-particles band. For $\\aleph<0$, the bound state appears above this band. The result obtained in this ladder approximation can be extended to the full model by a rigorous control of the contributions that differ these two cases. In a second part, analog ideas are applied to analyze the spectrum of a quantum chromodynamics model. In particular, we show the existence of pentaquarks in the strong coupling regime (plaquette coupling $0 <\\beta= \\frac{g^2_0} \\ll \\kappa $). The model has a $SU(3)_c$ gauge symmetry and a $SU(2)_f$ flavor symmetry. The reveled pentaquarks are superpositions of meson-baryon bound states. Only states with an odd number of fermions and bellow the meson-baryon threshold are considered. The pentaquark are determined using a ladder approximation to the Bethe-Salpeter equation. In the dominant order in $\\beta$, the bound state mass is $\\approx -5 \\ln\\kappa$ and the binding energy is of order $\\textrm(\\kappa^2)$. The most strongly bounded bound state has isospin $I=\\frac$. For $I=\\frac$, there is no bound state. These results shows a dependence in the spins of the meson and baryon. This analysis show that a $\\textrm(\\kappa^2)$ quark-anti-quark exchange potential is the dominant interaction, although there is not a meson exchange interpretation.