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Charmoniumlike and other nearthreshold mesons on the la2ce University of Ljubljana & Jozef Stefan Ins@tute, Slovenia February August 2015 Theory & Computa@onal Physics, JLab (office A206) 1 in collabora@on with: Chris@an B. Lang, Luka Leskovec, Daniel Mohler, Richard Woloshyn Sasa Prelovsek Graz Ljubljana FERMILAB TRIUMF Sasa Prelovsek, JLab 2015 JLab Theory Seminar, 23 rd February, 2015

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   Charmonium-­‐like  and  other  near-­‐threshold  mesons    on  the  la2ce  

University  of  Ljubljana  &  Jozef  Stefan  Ins@tute,    Slovenia      

February  -­‐  August  2015  Theory  &  Computa@onal  Physics,  JLab  (office  A206)  

     

1  

 in  collabora@on  with:    Chris@an  B.  Lang,    Luka  Leskovec,  Daniel  Mohler,  Richard  Woloshyn    

Sasa  Prelovsek  

Graz                                                            Ljubljana                            FERMILAB                                      TRIUMF  

Sasa  Prelovsek,  JLab  2015  

JLab  Theory  Seminar,  23rd  February,  2015  

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Outline  •  Experimental  appe@zer  for  states  with  heavy  quarks:                most  interes@ng  experimental  states  are  located  near  threshold  !    •  I  will  discuss  hadronic  states  that  have  to  be  address  by                      simula@ng  the  sca_ering  of  two  mesons  on  the  la2ce  

•  States  slightly  below  threshold    :        Bs0  ,  Bs1  ,        Ds0  ,  Ds1    ,          X(3872)        

           Flavor  according  to  quark  model:                s  b                              s  c                                    c  c                    “deuterium-­‐like”  bound  states:  first  la2ce  simula@ons  of  such  states    in  mesonic  system  

               Only  few  such  states  in  heavy-­‐meson  spectrum;  none  (to  my  knowledge)  in  light-­‐meson  spectrum      

•  Search  for  flavor  exo@c  states:              Zc+        ,        c  c  d  u    

•  Resonances  above    threshold:          K*,  a1  ,  b1  ,  D0*,  D1,    Ψ(3770)    

 

•  Conclusions  

Sasa  Prelovsek,  JLab  2015   2  

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Sasa  Prelovsek,  JLab  2015   3  

[BESIII, 2013, 1303.5949, PRL]

Zc+(3900) g J/Ψ π+            

                                                           cc    du    

state  confirmed  by    

BeSII,  Belle,  Cleo-­‐c  

   Experimental  appe@zer  

A  charged  charmonium-­‐like  state:      Zc+(3900)  

DD*  thr.  

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Charged bottomonium-like states: Zb+(10610) and Zb

+(10650)

Sasa Prelovsek, JLab 2015 4

Y(1S) π+

Y(2S) π+

Y(3S) π+

Zb+ → Y (1S) π +

Y (2S) π +

Y (3S) π +

hb (1P) π +

hb (2P) π +

average

BB*+ th. B*B*+ th.

•  both: IG(JP)=1+(1+)

•  both: observed only by Belle [1105.4583]

Zb+ è Y(nS) π+

b b d u

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Sasa  Prelovsek,  JLab  2015   5  

[review:  Brambilla  et  al.,  1404.3723]  

 Challenges  for  the  theory  community:    quarkonium-­‐like  states  at  threshold  

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Sasa  Prelovsek,  JLab  2015   6  

[review:    Brambilla  et  al.,    1404.3723]  

 More  challenges:  quarkonium-­‐like  states  above  threshold  

All  these  believed  NOT    to  be  QQ    !  

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La2ce  setup  

Sasa  Prelovsek,  JLab  2015   7  

•  Wilon-­‐clover  quarks  

•  Fermilab  method  for  c  and  b  :              [El  Khadra,  Kronfeld  et  al,  1997]  

           Rest  hadron  energies  have  sizable  discre@za@on  errors  but  these  largely  cancel  in  spli2ngs.    

           Only  spli2ngs  with  respect  to  a  chosen  reference  mass  are  compared  to  experiment.    

•  evalua@ng    Wick  contr.:  dis@lla@on  (Ensemble  1)  [Peardon  et.  al.,  HSC,  2009]                                                                                                    stochas@c  dis@lla@on  (Ensemble  2)  [Morningstar  et  al.,  2011]      

PACS-­‐CS  

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8  

O = qΓq, (qΓ1q)(qΓ2q), [qq ][qq]

Cij (t) = 0Oi (t)Oj+(0) 0 =

n∑ Zi

n Z jn* e−En t Zi

n = 0Oi n

Example:  meson  channel  with  given  JPC  

 Discrete  energy  spectrum  from  correlators  

All  physical  states  with  given  JPC  appear  as  energy  levels  En    in  principle  :  single  par@cle,  two-­‐par@cle,...                                                                                                                                                                                                          

channel : "eigenstates" JPC = 0+, sb : Bs0 ,BKJPC =1++, cc : χc1 ,X(3872), DD*,JPC =1+−, ccdu : Zc

+, J /ψ π +,...JPC =1−−, su : K*, KπJPC =1++, ud : a1, ρπ

 Two-­‐meson  states:    

•  In  experiment:  two-­‐meson  decay  products  with  con@nuous  E.    

•  On  la2ce:  discrete  E  due  to  finite  L  and  periodic  BC:  p=n  2π/L  

Bound  state  and  narrow  resonance:      

typically  lead  to  extra  energy  level  (in  addi@on  to  two-­‐meson  levels)    

Energies  and  overlaps  extracted  using  GEVP  

Sasa  Prelovsek,  JLab  2015  

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Elas@c  sca_ering  of  two  mesons      

En=EM1(p)+EM2(-­‐p)              

Sasa  Prelovsek,  JLab  2015   9  

at  total  momentum  P=0  

En(L)                                                                                              p                                                                    δ(p)                                                    Luscher’s  eq.  

Sca_ering  matrix  for  par@al  wave  l:

Bound  state:    cot[δ(pB)]  =  i      ,      pB2<0        mB=EM1(pB)+EM2(-­‐pB)  

Resonance      (of  Breit-­‐Wigner  type):      

cot �(p) =2Z00(1; (

pL2⇡ )

2)

Lpp⇡

M1(p)  

M2(-­‐p)  

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 Bound  states    slightly  below  threshold  

Sasa  Prelovsek,  JLab  2015   10  

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Mass  predic@on  for  missing  Bs0    below  BK  thresold  

Sasa  Prelovsek,  JLab  2015   11  

JP =0+ : O = s̄b, B(0)K(0), B(1)K(�1)

•  Scalar  Bs  state  has  not  been  experimentally  found  yet.    •  It  is  expected  slightly  below  BK  threshold.    •  We  simulated  BK  sca_ering  on  PACS-­‐CS  Ensemble  (2).    

“Bs0”              “B(0)K(0)”                                              “B(1)  K(-­‐1)”  

p=2π/L  

pB = i|pB | cot �(pB) = i

pB cot �(pB) = �|pB |

The  sca_ering  matrix  has  a  pole  at    the  posi@on  of  the  bound  state    

(on  the  first  Riemann  sheet)  

mlatB = EB(pB) + EK(�pB)

|p|  

[C.  Lang,  D.  Mohler,    S.P.  ,    R.  Woloshyn:  1501.0164]  

δ  interpolated  using    eff.  range  approx    

p cotδ = 1a0+12r0p

2

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Mass  predic@on  for  missing  Bs0    and  Bs1  

Sasa  Prelovsek,  JLab  2015   12  

Quan@@es  shown:  

•   Bs1’  and  Bs2  agree  well  with  exp      •   Bs0  and  Bs1  are  predic@ons  for  

yet  unobserved  states  (errors  contain  sta@s@cal  and  several  sources  of  systema@cal  uncertain@es)  

 

Ensemble  (2),  mπ=156  MeV    

[C.  Lang,  D.  Mohler,    S.P.  ,    R.  Woloshyn:  1501.0164]  

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 Ds0      and  Ds1  below  DK  and  D*K  thresholds      

Sasa  Prelovsek,  JLab  2015  13  

[D.  Mohler,  C.  Lang,  L.  Leskovec,  S.P.  ,  R.  Woloshyn:    1308.3175,  Phys.  Rev.  Le_  2013  

1403.8103,  PRD  2014]    

•  Analogy,  just    b  replaced  with  c  •  In  this  case  Ds0  and  Ds1  have  been  observed  

experimentally    •  Quark  models  expected  them  above  thresholds  

but  they  were  found  below  them  

•  Our  post-­‐dic@ons  agree  with  measured  masses  

     

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 Ds0  from  indirect  simula@on  (1)  Five    channels  that  do  not  include    Wick  contrac@ons                                                are    simulated                (2)    Sca_ering  lengths                                                                      for  four  mπ    extracted    

       

 (3)  simultaneous  fit  using  SU(3)  unitarized  ChPT  is  performed    and  LEC's  are  determined  

(4)  using  these  LEC's  indirect  predic@ons  for        Ds0  channel  with  DK  (S=1,I=0):    

     pole  in  the  first  Riemann  sheet  found            

   

Sasa  Prelovsek,  JLab  2015  14  

L.  Liu,  Orginos,  Guo,  Hanhart,  Meissner,  1208.4535,  PRD,  mπ≈300-­‐620  MeV,    Nf=2+1    

a = limp→ 0tanδ(p)

p

DK (S = −1, I =1)

DK (−1, 0)

DK (S = 2, I = 12)

Dπ (0, 32)

DK (1,1)

Ds0*(2317)                    m     Γ  [Ds0*gDs  π]  indirect  lat   2315  +18-­‐28            MeV   133±22  keV  

exp   2317.8  ±0.6    MeV   <  3.8  MeV  

DK (S =1, I = 0)

points:  D.  Mohler,  S.P.  et  al  1308.3175,  PRL  

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X(3872)  ,  JPC=1++  ,    charmonium-­‐like      

Sasa  Prelovsek,  JLab  2015   15  

•  First  charmonium-­‐like  state  discovered  [Belle,  PRL,  2003]    •     sits  within  1  MeV  of                D0D0*    threshold                                                  8  MeV  below  D+D*-­‐    threshold  

 •  believed  to  have  a  large  molecular  D0D0*  Fock  component                    •  Γ  <  1.2  MeV    •       decays  to  I=0,  1  equally  important                  X(3872)  g  J/Ψ  ω  (  I=0  )                      X(3872)  g J/Ψ  ρ      (  I=1  )      

[LHCb,  PRL  2013]  

isospin  breaking  effects  my  be  important    

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X(3872),  1++,  I=0    

Sasa  Prelovsek,  JLab  2015   16  

O : c c, DD*= (cu)(uc)+ (cd)(dc), J /ψω = (cc)(uu+ dd)

 [S.P.    and  L.  Leskovec,    Phys.Rev.Le_.  2013  ]    

•  all  Wick  contrac@ons    calculated  using    dis@lla@on  method  [Peardon  et  al.  2009]    •  charm  annihila@on    contrac@ons  not  used  in  analysis      

charm  annihila@on  

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   X(3872)    below  DD*  threshold,  I=0            

Sasa  Prelovsek,  JLab  2015  17  

O : c c, DD*, J /ψω

 [S.P.    and  L.  Leskovec  :  1307.5172,    

Phys.  Rev.  Le_.  2013]  

Ensemble  (1),  mπ≈266  MeV,    Nf=2  

X(3872)   m  -­‐    (mD0+mD0*)  

lat   -­‐    11      ±  7              MeV  

exp   -­‐  0.14  ±  0.22    MeV  

X(3872)  appears  only  if  both    cc  and  DD*  interp.  used.  

Assump@ons/approxima@ons:  

•   charm  Wick  annihila@on    omi_ed  

•  DD*  sca_ering  analyzed  assuming    

J/ψω  is  decoupled  (good  evidence  for    

that  from  the  la2ce  data)  

•  mu=md    

•   δ  for  DD*  sca_ering  in  s-­‐wave                  extracted  using  Luscher's  rela@on  

 

•  δ  interpolated  near  threshold    

   

•       pole  found  in  the  sca_ering  matrix  

T ∝[cotδ − i]−1 =∞, cotδ(pBS ) = imDs0

lat, L→∞ = ED (pBS )+EK (pBS )

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New  evidence  for  X(3872)    :      JPC=1++,  I=0    

   

18  

O : c c, DD*

Interpreta@on    

 

 

D(0)D*(0)  

 X(3872)    

 

χ  c1  

X(3872)   m  -­‐    (mD0+mD0*)  

lat   -­‐    13      ±  6              MeV  

exp   -­‐  0.14  ±  0.22    MeV  

 D(1)D*(-­‐1)  state  is  not  found  although  O  incorporated  

HISQ  quarks  ,  mu  =  md  =  ms/5,  163  x  48,  a  =0.15  fm    [C.  DeTar,  Song-­‐haeng  Lee,  et  al.,  1411.1389,  Lat14  proceedings  ]      

Sasa  Prelovsek,  JLab  2015  

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 Search  for  hadrons    with  manifestly  exoPc  flavor:  

 ccud            (I=1)  

     

Sasa  Prelovsek,  JLab  2015   19  

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 Zc+  channel  :          IG=1+,  JPC=1+-­‐      

Sasa  Prelovsek,  JLab  2015   20  

[S.P.,  Lang,  Leskovec,  Mohler,  1405.7612v2,  PRD  2015]  Ensemble  (2),  mπ≈266  MeV,  L≈2  fm,  Nf=2  

La2ce:  lines  represent  energies  of      13  two-­‐meson  states      E  =  E[  M1(p1)  ]  +  E[  M2(p2)  ]  in  non-­‐interac@ng  case  

 

 

Extrac@ng  13  two-­‐meson  states    

is    a  huge  challenge!  

BESIII  

Γ  

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     Interpola@ng  fields      

Sasa  Prelovsek,  JLab  2015   21  

O14q ≈ [c Cγ5 d ]3c [c γ iC u]3c

O24q ≈ [c C d ]3c [c γ iγ5C u]3c

and  13  others  ..  

18  two-­‐meson  (MM)              4  diquark-­‐an@diquark  (4Q)                         and  2  others  ..  

Aiming  at    9  two-­‐meson  states  listed  in  previous  slide  

Aiming  to  find  addi@onal  state  related  to  exo@c  Zc+  

     Wick  contrac@ons  

Cij (t) = 0Oi (t)Oj+(0) 0

cud

 Zc+  channel  :          IG=1+,  JPC=1+-­‐      

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Sasa  Prelovsek,  JLab  2015   22  

 Zc+  channel  :          IG=1+,  JPC=1+-­‐      

     Conclusion:      •  we  find  13  two-­‐meson  states  

(black  circles)  as  expected  

•  we  find  no  addi@onal  state  below  4.2  GeV  

•  we    find  no  candidate  for  Zc  below  4.2  GeV  

 

[S.P.,  Lang,  Leskovec,  Mohler,  1405.7612v2,  PRD  2015]  Ensemble  (1),  mπ≈266  MeV,  L≈2  fm,  Nf=2  

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23  

spectrum  from                  18  interp.  

Zc+  channel      spectrum  from                  22  interp.  

Results  from  the  extended  basis:  based  on  En    and    •  lowest  13  states  (black):                two-­‐meson  states  •  no  extra  state  below  4.2  GeV  •  no  extra  state  at  4.16  GeV    

(extended  basis  gives  an  extra  state  at  4.4  GeV)  

•   a_ribu@ng  a  state  at  4.16  GeV  to  Zc+  (green)  was  a  premature  conclusion  

•  we  can  not  exclude  that  state  at  4.16  GeV  was  a  linear  combina@on  of  omi_ed  two-­‐meson  states,  induced  via  O4q  

Conclusion:  we  do  not  find  Zc+  candidate  below  4.2  GeV      1405.7623v1            1405.7623v2    

Zin = 0Oi n

[S.P.,  Lang,  Leskovec,  Mohler]   Sasa  Prelovsek,  JLab  2015  

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Similar  conclusion  concerning  Zc+  channel      

Sasa  Prelovsek,  JLab  2015   24  

S.-­‐H.  Lee,  C.  DeTar,  H.  Na,    La2ce  2014  proc.:  1411.1389  

mu=ms/5;  Nf=2+1+1;  HISQ  

Zc  channel,  I=1,  JPC=1+-­‐  

Only  expected  two-­‐meson  states,    no  candidate  for    Zc  

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 Puzzle:  why  there  is  no  addi@onal  eigenstate  related  to    Zc+(3900)  on  the  la2ce?  

Why  does  such  large  basis  of  crea@on  operators  not  excite  observed  Zc+    (in  addi@on  to  two-­‐meson  states)  ?      ²  Even  more  interpolators  needed  ?      ²  Is  mπ=266  MeV  to  high?      

²  Could  the  neglect  of  charm  annihila@on  contribu@on    significantly  modify  the  conclusion?  

 ²  Is  something  wrong  with  working  assump@on  that  Zc+  

should  lead  to  an  addi@onal  eigenstate?              Note:  we  have  observed  addi@onal  levels  for                  resonances:    :    ρ,  K*,  D0

*,  D1,  a1,  b1  ,  Ψ(3770)                  bound  states:  Ds0

*,  Ds1,  Bs0*,  Bs1,  X(3872)    

             Is    Zc  is  of  different  origin  and  does  not  lead  to  addi@onal    level?      ²  Perhaps  an  addi@onal  eigenstate  does  not  have  to  arise  if  it  is  a  

coupled  channel  effect:  more  analy@cal  work  is  needed  25  

 JPC=1+-­‐  

O14q ≈ [c Cγ5 d ]3c [c γ iC u]3c

O24q ≈ [c C d ]3c [c γ iγ5C u]3cSasa  Prelovsek,  JLab  2015  

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Is  Zc  related  to  coupled-­‐channel  effect?  

Sasa  Prelovsek,  JLab  2015   26  

 

•  la2ce,  HALQCD  method,  mπ≈410  MeV,  Nf=2+1+1  

             HALQCD  coll,  Iketa  et  al  [not  available  on  arXiv  yet,  slides  from  Quarkonium  2014]  

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Is  Zc  related  to  coupled-­‐channel  effect?  

27  

la2ce    (HALQCD  method)                                                              experiment                                          

HALQCD  is  inves@ga@ng  if  extracted  sca_ering  matrix  has  a  pole.    It  needs  to  be  inves@gated  whether  this  scenario  would  lead  to  an  addi@onal  energy  level  or  not.    

It  is  not  clear  yet  whether    this  scenario  could  be  compa@ble  with  absence  of  the  Zc  energy  level  in  our  spectrum.    

σ ∝ Im[T ]J /ψ π

σ ∝ Im[T ]D D*

 

                                                       mπ≈410  MeV,  Nf=2+1+1  

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 Mesons  above  threshold  –    resonances    

Sasa  Prelovsek,  JLab  2015   28  

O = qΓq, (qΓ1q) !p1

(qΓ2q) !p2= M1( !p1) M2 ( !p2 )

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29  

Almost  all  hadrons    are  resonances  above  threshold  

well  below  strong  decay  th.    

u u

s u

c u

uud

c c

well  below  open  charm  decay  th.    

rigorous  treatment  a_empted  

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30  

Kπ , I=1/2: p-wave phase shift

[S.P.  ,Lang,  Leskovec,  Mohler,    1307.0736,  PRD  2013]  mπ≈266  MeV  

K*(892)  resonance  Kπ        

irreps  where                  p-­‐wave  does  not  mix  with  s-­‐wave,  Lusher-­‐type  rel.:  [Lekovec,  S.P.  PRD  2012]  

p3  cot  δ  /  s1/2  

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•  qq,  Kπ,  Kη  interpolators  •  a  number  of  different  0<P≤2  •  for  each  En:  one  determinant                equa@on  for  many  unknowns  •  T-­‐matrix  parametrized              to  get  around  this  problem    •  the  loca@on  of  poles  of  T-­‐matrix  in  complex  plain  is  

given  below  •  K*(892)  and  κ  are  below  threshold  for  this  mπ  

•  K0*  ,  K2*    are  resonances    •  mπ=391  MeV,  NL=16,  20,  24  [Dudek,  Edwards,  Thomas,  Wilson,  HSC,    1406.4158,  PRL;  1411.2004]  

Resonances  in  Kπ,  Kη  coupled  channels  

Sasa  Prelovsek,  JLab  2015   31  

loca@on  of  poles  in  T  matrix  in  complex  plane  

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•  Simula@ng    sca_ering:  

         ρ  π      in  1++  channel  to  extract  a1(1260)            ω  π    in  1+-­‐  channel  to  extract  b1(1235)  

•  One  mo@va@on:  COMPASS  claim  for  a1’(1420)  from  f0(980)  π    [1312.3678]  

               Our  spectrum  supports  only  one  a1    below  1.8  GeV  (not  two)  

•  mπ≈266  MeV,  L≈2  fm,  Nf=2  ,  P=0    [Lang,  Leskovec,  Mohler,  S.P.  ,  1401.2088,  JHEP]  

 

PDG                                              exp                          1.40(2)                                                                            [Basdevant,  Berger,  1501.04643]  

•  ρ  and  ω  assumed    to  be  stable,  good  approx.    for  given  simula@on  parameters  :  [Roca,  Oset,  1201.0438]  

•  going  beyond  that  approxima@on  will  be  very  challenging    

•   3-­‐par@cles:    [Hansen,  Sharpe    1311.4848;  Polejaeva,  Rusetsky,  1203.1241;    Briceno,  Davoudi,    1212.3398,....  ]  

Lightest  axial  resonances  a1  and  b1    

32  

Γ(E) ≡ g2 pE 2

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   D-­‐meson  resonances  in  Dπ  and  D*π    g  is  compared  to  exp  instead  of  Γ      (Γ  depends  on    phase  sp.    and    mπ)      

Sasa  Prelovsek,  JLab  2015   33  

D0*(2400)   m  -­‐  1/4(mD+3  mD*)    g  

lat   351  ±  21  MeV     2.55  ±  0.21  GeV  

exp   347  ±  29  MeV   1.92  ±  0.14  GeV  

D1(2430)   m  -­‐  1/4(mD+3  mD*)    g  

lat   381  ±  20  MeV     2.01  ±  0.15  GeV  

exp   456  ±  40  MeV   2.50  ±  0.40  GeV  

Γ(E) ≡ g2 pE 2

first  la2ce  result  for  strong  decay  width  of  a  hadron  containing  charm  quark  [D.  Mohler,  S.P.  ,  R.  Woloshyn:    1208.4059,  PRD]    •   mπ≈266  MeV,  L≈2  fm,  Nf=2      

JP=0+    :      D  π   JP=1+      :        D*  π          (analysis  of  spectrum  in  this  case  is  based    on  an  assump@on  given  in  paper  below)  

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Resonance  ψ(3770)  in  p-­‐wave  DD  sca_ering      

34  

c̄c, JPC= 1

��: J/ , (2S) below D ¯D threshold

(3770) lowest state above threshold

PRELIMINARY    

“Ψ(3770)”                        “D(1)D(-­‐1)”   “Ψ(3770)”            “D(1)D(-­‐1)”  

Sasa  Prelovsek,  JLab  2015  

Γexp  ~  27  MeV    

�(s) =g2

6⇡

p3

s

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Conclusions  

Status  of  meson  spectrum  from  la2ce  simula@ons  (in  brief):      q  Evidence  found  for  states  with  non-­‐exoPc  flavor:      •  states  well  below  th.      :      charmonium  ,  D,  π,  K  ...  and  all  the  others  •  resonances    via  BW    :    ρ,  K*,    K0*(1430),  K2,  D0

*,  D1,  a1,  b1  ,  Ψ(3770)      •  shallow  bound  states                                :  Ds0,  Ds1,  Bs0,  Bs1  ,  X(3872)  with  I=0  

               All  these  manifest  themselves  via  an  addi@onal  energy  level  (in  our  experience  so  far)  !  

q  No  evidence    for  manifestly  exoPc  states  (yet),  at  least    by  searching  an  addi@onal  energy  level  •  Zc+  =  ccud                                                                          

Theory  is  facing  a  serious  challenge  to  establish  whether  exo@c  states  arise  from  QCD  or  not.  

Only  a�er  this  is  se_led,  theory  can  claim  structure  (mesonic  molecules,  diquark  an@diquark,  coupled  channel  effects,  ...  )        

Sasa  Prelovsek,  JLab  2015   35  

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Backup  slides  

Sasa  Prelovsek,  JLab  2015   36  

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[BESIII, 2013, 1303.5949, PRL]

Zc+(3900) g J/Ψ π+            

                                                           cc    du    

Sasa  Prelovsek,  JLab  2015  

Charged  charmonium  Zc+  :  experimental  status      

parPcle   C   JP   decay   year   coll  

Z+(4430)   -­‐   1+   ψ(2S)  π+   2008   Belle,  BABAR,  LHCb  

Zc+(3900)   -­‐   ?   J/ψ    π+   2013   BESIII,  Belle,  CLEOc  

Zc+(3885)   -­‐   1+   (  DD*)+   2013   BESIII  

Zc+(4020)   -­‐   ?   hc(1P)  π+   2013   BESIII      

Zc+(4025)   -­‐   ?   (  D*  D*)+   2013   BES  III      

Z+(4200)   -­‐   1+   J/ψ    π+   2014   Belle  

Z+(4050)   +   ?   χc1      π+   2008   Belle  

Z+(4250)   +   ?   χc1      π+   2008   Belle  

candidates  with    preferred  

IG=1+,  JPC=1+-­‐  [review:  Brambilla  et  al.,  1404.3723]  

Γ  

37  

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Challenge  :  precision  simula@on  of  Zc+  

Sasa  Prelovsek,  JLab  2015   38  

On  larger  volume:  more  two  par@cle  states  

Rigorous  treatment  very  challenging:  at  least  6  two-­‐par@cle  channels  coupled  !!      

And  there  are  other  two-­‐par@cle  states!  

Physical  masses    used  

E(L) = m12 +!p1

2 + m22 +!p2

2 +ΔE

!p1 = 2πL!n1 !p2 = 2π

L!n2

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Another  challenge:  Zb+  

Sasa  Prelovsek,  JLab  2015   39  

On  larger  volume:  more  two-­‐par@cle  states  

Rigorous  treatment  very  challenging:  at  least  6  two-­‐par@cle  channels  coupled  !!      

And  there  are  other  two-­‐par@cle  states!  

Zb+  -­‐>  YnS      π+    

b  u  b  d  

Belle  2011  Y1S  π+  

Y2S  π+  

Y3S  π+  

Physical  masses    used  

E(L) = m12 +!p1

2 + m22 +!p2

2 +ΔE

!p1 = 2πL!n1 !p2 = 2π

L!n2

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•   δ  for  DK  sca_ering  in  s-­‐wave                  extracted  using  Luscher's  rela@on  

•  δ  interpolated  near  threshold    •       pole  found  in  the  sca_ering  matrix  

 Ds0*(2317)  :    bound  state  below  DK  threshold,  JP=0+  

Sasa  Prelovsek,  JLab  2015  40  

O : s c, DK ≈ [d γ5c] [s γ5d]

[D.  Mohler,  C.  Lang,  L.  Leskovec,  S.P.  ,  R.  Woloshyn:    1308.3175,  Phys.  Rev.  Le_  2013  

1403.8103,  PRD  2014]      

T ∝[cotδ − i]−1 =∞, cotδ(pBS ) = imDs0

lat, L→∞ = ED (pBS )+EK (pBS )

[1403.8103    PRD  2014]  

mD+mK  

mD+mK  

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Sasa  Prelovsek,  JLab  2015   41  

 X(3872)  channel:    I=1,    JPC=1++      

S.  P.    and  L.  Leskovec  :  1307.5172  PRL  2013,  mπ≈266  MeV,  Nf=2    

 Only  expected  two-­‐par@cle  states  observed.      No  candidate  for  X(3872)  with  I=1  found.      In  agreement  with  experiment  that  does  not  find  charged  X  either.      The  simula@on  is  done  in  the  isospin  limit    mu=md.    The  absence  of  I=1  state  for  mu=md  is  in  agreement        with  two  interpreta@ons:    (1)      

 

 

(2)  X(3872)  pure  I=0  state    

           isospin  breaking  decay  X(3872)  -­‐>  J/ψ  ρ    (I=1)    

             is  due    to  isospin  spli2ng  D0  D0*  ,  D+D-­‐*        €

aI =1(mu = md ) = 0aI =1(mu ≠ md ) << aI =0

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42  Sasa  Prelovsek,  JLab  2015  

BESIII

²   Zc(3900)  was  found    in  J/ψ  π  inv.  mass  only  in              [BESIII,  Belle,  CLEOc,  2013]  

 ²  Zc(3900)  was  NOT    found    in  J/ψ  π  inv.  mass  in    

         Belle  2014,  1408.6457            LHCb,  2014,  1404.5673            COMPASS,  2014,  1407.6186    

 Puzzle  from  experiment:    Zc+(3900)  seen  only  in  Y  decays      

What  about  other  channels  in  experiment  and  other  experiments?  

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Checking  our  implementa@on  of  Fermilab  method:  spli2ngs  on  Ensemble  (2)  

Sasa  Prelovsek,  JLab  2015   43  

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 cc  spectrum:  single-­‐hadron  approxima@on  

[HSC  ,  L.  Liu  et  al:  1204.5425,  JHEP]      •   mπ≈400  MeV,  L≈2.9  fm,  Nf=2+1  •   reliable  JPC  determina@on  •   iden@fica@on  with    n  2S+1LJ  mul@plets  using  <O|n>  •   green:  lat,  black:  exp   Sasa  Prelovsek,  JLab  2015  

Hybrids:  some  of  them  have  exo@c  JPC  large  overlap    with  O=  q  Fij    q      

44  

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 D  spectrum:  single-­‐hadron  approxima@on  

 G.  Moir  et  al,  HSC  (Hadron  Spectrum  Coll.):  1301.7670,  JHEP:      •   mπ≈400  MeV,  L≈2.9  fm,  Nf=2+1  •   reliable  JP  determina@on;  many  excited  states    

•   iden@fica@on  with    n  2S+1LJ  mul@plets  using  <O|n>  •   green:  lat,  black:  exp  

1S-­‐2S:    

   ~  700  MeV  

Sasa  Prelovsek,  JLab  2015  

Hybrids:  

large  overlap  with  O=  q  Fij    q  gluonic  tensor  Fij=[Di  ,  Dj  ]      

45  

Page 46: on!the!lace ! SasaPrelovsek!Lace!setup! SasaPrelovsek,!JLab!2015! 7 • Wilon+clover!quarks! • Fermilab!method!for!c!and!b!:!!!!![El Khadra, Kronfeld!etal,!1997]!!!!!Resthadron!energies!have

 Ds  spectrum:  single-­‐hadron  approxima@on  

G.  Moir  et  al.,  HSC  :  1301.7670,  JHEP:      •   mπ≈400  MeV,  L≈2.9  fm,  Nf=2+1  •   reliable  JPC  determina@on  •   iden@fica@on  with    n  2S+1LJ  mul@plets  using  <O|n>  •   green:  lat,  black:  exp   Sasa  Prelovsek,  JLab  2015  

Hybrids:  large  overlap    with  O=  q  Fij    q  gluonic  tensor  Fij=[Di  ,  Dj  ]      

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