[論文レビュー] Revisit the radiative decays of $J/\psi$ and $\psi' o \gamma\eta_c (\gamma\eta_c^\prime)$

Gang Li, Q. Zhao|arXiv (Cornell University)|Jul 12, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 14

ひとこと要約

この論文は、クォーク模型に対する「非縮退化」補正としての中間メソンループ（IML）寄与を含む改良された有効ラグランジュアンアプローチを用いて、J/ψおよびψ′ → γηc(γη′c)の放射性崩壊を再評価している。IML効果はJ/ψ → γηcでは小さいが、長年の予測値の過大評価を解消するために不可欠であり、ψ(3770) → γηc(γη′c)に対しても顕著なIML寄与を予測し、開放charm閾値付近のcharmonium放射性遷移における実験データとの不一致を一貫した形で説明する。

ABSTRACT

With the new measurements of $J/\psi$ and $\psi^\prime o \gamma\eta_c \ (\gamma\eta_c^\prime)$ from CLEO and BES-III Collaboration, we re-investigate the intermediate meson loop (IML) contributions to these radiative decays in association with the quark model M1 transitions in an effective Lagrangian approach. It shows that the "unquenched" effects due to the intermediate hadron loops can be better quantified by the new data for $J/\psi o \gamma\eta_c$. Although the IML contributions are relatively small in $J/\psi o \gamma\eta_c$, they play a crucial role in $\psi^\prime o \gamma\eta_c \ (\gamma\eta_c^\prime)$. A prediction for the IML contributions to $\psi(3770) o \gamma\eta_c \ (\gamma\eta_c^\prime)$ is made. Such "unquenched" effects allow us to reach a coherent description of those three radiative transitions, and gain some insights into the underlying dynamics.

研究の動機と目的

• J/ψおよびψ′ → γηc(γη′c)の放射性崩壊について、クォーク模型の予測と実験データの間の長年の不一致を解消すること。
• 特に開放charm閾値付近において、中間メソンループ（IML）からの「非縮退化」効果を定量的に評価すること。
• D*0D0γ結合定数の最新の実験的制約を用い、すべてのS波D中間子ループを含めたことで、有効ラグランジュアンアプローチを改善すること。
• ψ(3770) → γηc(γη′c)におけるIML寄与を予測し、D̄D閾値に近い状態では非縮退効果が顕著になると予想されることを示すこと。
• IMLメカニズムが、クォーク模型の予測と実験データを一致させられることを評価すること。特に、クォーク模型がブランチング比をほぼ1桁過大評価しているψ′崩壊においてその有効性を検証すること。

提案手法

• 有効ラグランジュアンアプローチ（ELA）を用いて、charmnonium崩壊におけるM1放射性遷移への中間メソンループ（IML）寄与をモデル化する。
• 主な非縮退補正を評価するため、S波DおよびD*中間子をループ計算に組み込む。
• e+e− → D̄Dの断面積線形スペクトル解析から得られるgψ′DD結合定数の実験的制約を適用し、以前の研究よりも小さい結合定数を用いる。
• 物理的でない寄与を避けるために接触項を除外し、VVP頂点構造を通じて真のループ効果に焦点を当てる。
• クォーク模型の振幅とVVP頂点のローレンツ構造を用いて、有効なVγP結合定数を導出する。
• IML機構を、クォーク模型の「縮退」振幅をキャンセルまたは低減する非摂動的補正として実装する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 新しいCLEOおよびBES-IIIデータを踏まえて、中間メソンループ（IML）寄与がJ/ψ → γηcおよびψ′ → γηc(γη′c)の放射性崩壊にどのように影響を与えるか？
• RQ2 なぜクォーク模型はψ′ → γηcのブランチング比をほぼ1桁過大予測しているのか？IML効果はこの不一致を解消できるか？
• RQ3 IML寄与が、ψ′がD̄D閾値に近いという事実を踏まえて、J/ψおよびψ′崩壊の観測ブランチング比をどの程度説明できるか？
• RQ4 ψ(3770) → γηc(γη′c)におけるIML寄与の大きさは予想されるか？また、格子QCDの「縮退」結果と比べてどうなるか？
• RQ5 IML効果を組み込むことで、J/ψ、ψ′、ψ(3770)の間で一貫した、統一的な放射性遷移の記述が可能になるか？

主な発見

• IML寄与はJ/ψ → γηcでは小さいが、無視できない。新しいCLEOデータと整合的であり、モデルパラメータの制約に寄与している。
• IML効果はψ′ → γηc(γη′c)において極めて重要であり、クォーク模型の予測を著しく低減し、実験データとより良好に一致させている。
• ψ′ → γηcにおけるIML寄与は顕著であり、クォーク模型の予測と実験データの大きな不一致を説明している。
• ψ(3770) → γηc(γη′c)では、IML寄与が格子QCDの「縮退」結果と同程度のオーダーであると予測されており、顕著な非縮退効果が生じていると示唆している。
• すべてのS波D中間子ループとより現実的なD*0D0γ結合定数を組み込むことで、モデルの実験データとの整合性が向上し、ループ振幅の過大評価が低減された。
• IML機構は、特に開放charm閾値付近の状態において、D波からS波への遷移におけるクォーク模型選択則の「破れ」を説明する有効なメカニズムを提供している。