微扰QCD框架下粲偶素J/Ψ和hc电磁达利兹衰变的唯象研究

来源 :华中师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:panxuanyu
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粲偶素的轻强子衰变在最近的几十年里受到了理论和实验方面越来越多的关注。这些衰变过程为我们提供了描述夸克和胶子之间强相互作用的量子色动力学(QCD)的重要信息。在QCD图像中,粲偶素的强衰变可以看作正、反夸克cc先湮灭为胶子,然后这些胶子再转化为轻强子的过程。因此,这类粲偶素衰变过程为研究高能过程中末态轻强子的产生机制提供了理想的场所。另外,通过这些衰变过程,QCD中的微扰和非微扰方面的性质也可以得到检验。本论文在微扰QCD框架下研究了电磁达利兹(Dalitz)衰变过程J/φ→η(’)l+l-(l=e,μ)和hc→η(’)l+l=(l=e,μ)。这些衰变过程主要包含如下几种类型的贡献:(1)在大反冲动量区域(g2(?)0),这里的贡献主要由硬散射机制决定,可以利用微扰QCD理论进行计算。(2)在小反冲动量区域(q2(?)qmax2),相应的跃迁形状因子可以唯象地理解为初、末态波函数的重叠。(3)在一些共振态附近(例如q2(?)mp2,mω2,mφ2),虚光子会与相应的矢量介子产生重要的共振效应,这部分贡献可以借助于vector meson dominance(VMD)模型来描述。首先,我们研究了电磁达利兹衰变过程J/φ→η(’)l+l-。在大反冲区域,我们在微扰QCD框架下详细地讨论了这些衰变过程。借助于通常的因子化思想,初态重介子J/φ的束缚态效应被吸收进相应的Bethe-Salpeter波函数,而末态轻介子η(’)因具有较大的反冲动量所以用光锥分布振幅来描述。接着,我们解析计算了涉及到的单圈积分。我们发现跃迁形状因子fψη(’)(q2)几乎不依赖于轻夸克的质量,同时也对η(’)分布振幅的形状依赖不敏感。这些结论与之前我们在J/φ和hc辐射衰变的研究中得到的结论一致。此外,我们也考虑了来自小反冲区域的软贡献以及来自共振态附近的VMD修正。我们发现在衰变分支比B(J/φ→η(’)e+e-)中VMD修正可以忽略不计。另外,通过比值RJ/φe=B(J/φ→ηe+e-)/B(J/φ→η’e+e-)和衰变宽度r(η(’)→γγ)的理论计算以及它们的实验值,我们抽取出关于η-η’混合的三个唯象参数fq=(1.09±0.01)fπ,fs=(0.98 ± 0.03)fπ和φ=34.0°±0.6°。它们不仅与从γ*γ-η’渐进形式的跃迁形状因子中抽取的结果(fq=(1.09±0.02)fπ,fs=(0.96±0.04)fπ,φ=33.5°±0.9°)一致,而且与之前我们在辐射衰变过程J/φ→η(’)γ和hc→η(’)γ中分别利用比值RJ/φ-B(J/φ→η’γ)/B(J/φ→ηγ)和Rhc=B(hc→ηγ)/B(hc→η’γ)得到的结果φ=33.9°±0.6°和φ=33.8°±2.5°一致。但是它们都小于利用非微扰方法从低能过程中抽取的混合角φ=40.6°±0.9°。这暗示着在粲物理能区η-η’的混合角φ可能更倾向于较小的值(φ~34°)。利用从J/φ/→η(’)e+e-中抽取的唯象参数作为输入,我们得到分支比 B(J/φ→ημ+μ-)=3.64 × 10-6,B(J/φ→η’μ+μ-)=1.52 × 10-5 以及它们的比值RJμ/ψ=B(J/φ→ημ+μ-)/B(J/φ→η’μ+μ-)=23.9%,其中比值的不确定度在5%以内。其次,利用同样的方法我们研究了 P-波粲偶素的电磁达利兹衰变hc←η(’)l+l-。与上一个工作中得到的结论相似,我们也发现跃迁形状因子fhcη(’)(q2)几乎不依赖于轻夸克的质量,同时对η(’)分布振幅的形状依赖不敏感。利用从电磁达利兹衰变J/ψ→η(’)e+e-中抽取的η-η’混合参数作为输入,我们得到分支比B(hc→ηe+e-)=7.35 × 10-6,B(hc→ημ+μ-)=3.47 × 10-6,B(hc → η’e+e-)=2.09 × 10-5 以及 B(hc→η’μ+μ-)=8.52 × 10-6,这里的不确定度(约30%~40%)主要来自于实验值Bexp(hc→η(’)γ)。
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