Journal Article GSI-2025-00244

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Investigating the composition of the $K_0^⁎(700)$ state with $π±K_S^0$ correlations at the LHC

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2024
North-Holland Publ. Amsterdam

Physics letters / B 856, 138915 - () [10.1016/j.physletb.2024.138915]

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Report No.: CERN-EP-2023-287; arXiv:2312.12830

Abstract: The first measurements of femtoscopic correlations with the particle pair combinations $π±K_S^0$ in pp collisions at $\sqrt{s}$ =13 TeV at the Large Hadron Collider (LHC) are reported by the ALICE experiment. Using the femtoscopic approach, it is shown that it is possible to study the elusive $K_0^⁎(700)$ particle that has been considered a tetraquark candidate for over forty years. Source and final-state interaction parameters are extracted by fitting a model assuming a Gaussian source to the experimentally measured two-particle correlation functions. The final-state interaction in the $π±K_S^0$ system is modeled through a resonant scattering amplitude, defined in terms of a mass and a coupling parameter, The extracted mass and Breit–Wigner width, derived from the coupling parameter, of the final-state interaction are found to be consistent with previous measurements of the $K_0^⁎(700)$. The small value and increase of the correlation strength with increasing source size support the hypothesis that the $K_0^⁎(700)$ is a four-quark state, i.e. a tetraquark state of the form $(q_1,q_2^-,q_3,q_3^-)$ in which $q_1$, $q_2$ and $q_3$ indicate the flavor of the valence quarks of the $π$ and $K_S^0$. This latter trend is also confirmed via a simple geometric model that assumes a tetraquark structure of the $K_0^⁎(700)$ resonance.

Keyword(s): p p: colliding beams ; correlation function: two-particle ; scattering amplitude: resonance ; p p: scattering ; K*(892) ; resonance: exotic ; model: geometrical ; tetraquark ; CERN LHC Coll ; correlation ; final-state interaction ; ALICE ; structure ; mass: width ; Breit-Wigner ; experimental results ; 13000 GeV-cms

Classification:

Note: Phys. Lett. B 856 (2024) 138915. 24 pages, 4 captioned figures, 4 tables, authors from page 18, published version, figures at http://alice-publications.web.cern.ch/node/10644. Funded by SCOAP³. This is an open access article under the CC BY license (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

Contributing Institute(s):
  1. ALICE (ALI)
  2. Detektorlabor (DTL)
  3. IT (CIT)
  4. ExtreMe Matter Institute, EMMI (EXM)
  5. Collaboration CERN: ALICE (ALICE@CERN)
Research Program(s):
  1. 612 - Cosmic Matter in the Laboratory (POF4-612) (POF4-612)
  2. HGS-HIRe - HGS-HIRe for FAIR (HGS-HIRe) (HGS-HIRe)
  3. SUC-GSI-Heidelberg - Strategic university cooperation GSI-U Heidelberg (SUC-GSI-HE) (SUC-GSI-HE)
  4. SUC-GSI-Frankfurt - Strategic university cooperation GSI-U Frankfurt/M (SUC-GSI-FR) (SUC-GSI-FR)
  5. SUC-GSI-Darmstadt - Strategic university cooperation GSI-TU Darmstadt (SUC-GSI-DA) (SUC-GSI-DA)
  6. STRONG-2020 - The strong interaction at the frontier of knowledge: fundamental research and applications (824093) (824093)
  7. DFG project G:(GEPRIS)491382106 - Open-Access-Publikationskosten / 2025-2027 / GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung (491382106) (491382106)
Experiment(s):
  1. LHC: ALICE

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