A comparative study of $T_{cc}$ versus $X(3872)$ production in $pp$ collisions at $\sqrt{s}=$ 7 TeV

Resumen Técnico: Un Estudio Comparativo de la Producción de $T_{cc}$ frente a $X(3872)$ en Colisiones $pp$a$\sqrt{s} = 7$ TeV

Planteamiento del Problema
La estructura interna de los hadrones exóticos sigue siendo un tema de debate significativo dentro de la Cromodinámica Cuántica (QCD). Aunque el modelo de quarks clasifica con éxito los bariones y mesones convencionales, el descubrimiento de los estados "XYZ", como $X(3872)$ y el tetraquark doblemente encantado $T_{cc}(3875)$, desafía este marco. Se hipotetiza que estos estados existen ya sea como tetraquarks compactos o como moléculas hadrónicas débilmente unidas. A pesar de numerosas interpretaciones teóricas, distinguir entre estas configuraciones experimentalmente es difícil. Este artículo aborda la necesidad de criterios observables para diferenciar entre configuraciones de tetraquark compacto y molecular para $T_{cc}$ ($cc\bar{u}\bar{d}$) y $X(3872)$ ($c\bar{c}u\bar{u}$ o $c\bar{c}d\bar{d}$) en colisiones protón-protón ($pp$).

Metodología
Los autores emplean un marco de simulación de dos pasos que combina el Modelo de Cascada de Partones y Hadrones (PACIAE) con el Modelo de Coalescencia de Espacio de Fases Dinámicamente Restringido (DCPC).

1. PACIAE: Utilizado para simular colisiones $pp$a$\sqrt{s} = 7$ TeV. El proceso se divide en cuatro etapas: generación inicial de partones (mediante PYTHIA con hadronización desactivada), rescattering de partones (usando secciones eficaces LO-pQCD), hadronización y rescattering hadrónico. Los parámetros del modelo se ajustaron a datos de ALICE para los rendimientos de $D^0$ y $D^+$ a $\sqrt{s} = 2.76$ TeV.
2. DCPC: Aplicado para formar los estados exóticos a partir de los constituyentes generados por PACIAE.
   • Escenario de Tetraquark Compacto: Formado a nivel de partones (Estado Final de Partones, PFS) mediante la coalescencia de cuatro quarks constituyentes ($c, \bar{c}, q, \bar{q}$).
   • Escenario Molecular Suelto: Formado a nivel hadrónico (Estado Final Hadrónico, HFS) mediante la coalescencia de dos mesones ($D$ y $D^*$).
   • Restricciones: Los modelos imponen restricciones de componente, coordenada y momento. Para los tetraquarks, el radio $R_0$ se establece $< 1.0$ fm (puntual), mientras que para las moléculas, $1.0 < R_0 < 10.0$ fm. Las ventanas de masa invariante se definen estrictamente basándose en valores experimentales.

Contribuciones y Resultados Clave
El estudio simula 600 millones de eventos para estados moleculares y 18.6 millones para estados de tetraquark para analizar rendimientos, espectros de momento transversal ($p_T$), asimetría de producción y parámetros de coalescencia.

• Rendimientos de Producción: La simulación predice que es más probable que se produzcan estados moleculares que estados de tetraquark compacto. Sin embargo, el rendimiento de $X(3872)$ es significativamente mayor que el de $T_{cc}$ en ambas configuraciones. Esta disparidad se atribuye a la abundancia estadística de pares $c\bar{c}$ en comparación con los pares $cc$o$\bar{c}\bar{c}$ requeridos para la formación de $T_{cc}$.
• Espectros de Momento Transversal ($p_T$): Ambas configuraciones exhiben una disminución pronunciada en los espectros de $p_T$. Crucialmente, el artículo identifica una discrepancia significativa en la forma de las distribuciones de $p_T$ entre estados compactos y moleculares. La relación de rendimientos de tetraquark a molecular disminuye a medida que aumenta $p_T$, observándose una caída más pronunciada para $X(3872)$ en comparación con $T_{cc}$.
• Asimetría de Producción ($A$): La asimetría entre $T_{cc}^+$ y $T_{cc}^-$ se define como $A = (N_{T_{cc}^-} - N_{T_{cc}^+}) / (N_{T_{cc}^-} + N_{T_{cc}^+})$. Los resultados muestran comportamientos distintos para los dos modelos: a bajo $p_T$, el estado de tetraquark exhibe una asimetría menor que el estado molecular, mientras que a alto $p_T$, el estado de tetraquark muestra una asimetría mayor. Se propone este comportamiento dependiente de $p_T$ como un discriminador.
• Parámetros de Coalescencia: Se extraen los parámetros de coalescencia ($B_2$ para moléculas, $B_4$ para tetraquarks). Ambos parámetros muestran una tendencia creciente con el aumento de $p_T$. Dado que un parámetro de coalescencia mayor corresponde a un volumen de correlación más pequeño (una fuente más compacta), esta tendencia implica que el volumen de correlación disminuye a medida que aumenta $p_T$.

Significado y Afirmaciones
El artículo afirma que las distribuciones calculadas —específicamente los espectros de momento transversal, la asimetría de producción entre estados cargados de $T_{cc}$ y los parámetros de coalescencia— sirven como criterios valiosos para distinguir entre configuraciones de tetraquark compacto y molecular en futuras mediciones experimentales. Los autores sugieren que experimentos de alta estadística pueden utilizar estas diferencias cinemáticas para investigar las estructuras internas de estos hadrones exóticos. El estudio no propone nuevos dispositivos experimentales, sino que proporciona puntos de referencia teóricos para interpretar datos existentes o futuros de instalaciones como el LHC.

Perspectiva Futura
Los autores señalan que las colisiones de iones pesados pueden ofrecer una ventaja en la producción abundante de estados exóticos encantados y doblemente encantados. En consecuencia, declaran su intención de extender este marco de investigación a entornos de colisiones de iones pesados para explorar aún más la producción y las propiedades de estos estados.