[論文レビュー] To the nature of $\chi_{c2}(2P)$

N. N. Achasov, X. S. Kang|arXiv (Cornell University)|Jul 16, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 4被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、非相対論的QCDとPDG、BaBar、Belleの実験データを用いて、χc2(2P)の2グルーオン崩壊の分岐比を予測している。BR(χc2(2P) → 2g) ≈ 6.5% ± 2.0% と推定され、BESIIIなどのスーパーベータファクトリーで検出可能である可能性を示しており、この状態のハドロン崩壊構造の特定に意味を持つ。

ABSTRACT

We expect that $BR(\chi_{c2}(2P) o gluon\, gluon)\gtrsim 2 \%$ if Particle Data Group as well as BaBar and Belle collaboration correctly identified the state. In reality, this branching ratio corresponds to the one for $\chi_{c2}(2P)$ decaying to the light hadrons. We also discuss the detection possibilities of these decays.

研究の動機と目的

• χc2(2P)の2グルーオン（2g）への分岐比を特定すること。これはまだ測定されていない重要なハドロン崩壊モードである。
• BESIIIや他のスーパーベータファクトリーで、χc2(2P)の2グルーオン崩壊を実験的に検出可能かどうかを評価すること。
• 既によく確立されたχc2(1P)状態の崩壊特性と比較することで、χc2(2P)の性質を明確にすること。
• 2グルーオン崩壊寄与の主要寄与を推定することで、ハドロン崩壊スペクトルの曖昧さを解消すること。

提案手法

• 非相対論的QCDと既知の分岐比から導かれる、チャームハドロン状態における2光子対2グルーオン幅の比を用いる。
• γJ/ψの分岐比が19.2%であることと幅から得られる既知のスケーリングΓ(χc2(1P) → 2g) ≈ 1.56 MeVを用いて、χc2(2P)の2g幅を推定する。
• BelleとBaBarが測定したγγ → D̄D断面積を組み合わせ、BR(χc2(2P) → γγ) × BR(χc2(2P) → D̄D) ≈ 0.21 keV という制約を得る。
• χc2(1P)との比較とD̄D*チャンネルの可能性を考慮して、Γ(χc2(2P) → γγ) ≈ 0.5 ± 0.2 keV と推定する。
• χc2(1P)から得られる普遍的比Γ(2γ)/Γ(2g) ≈ 3.39 × 10⁻⁴ を、同様の力学的性質を持つχc2(2P)に適用する。
• インスタントン効果を含む重クォークポテンシャルモデルを用いて推定値を検証し、一貫性のある結果が得られた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測された性質と既知のチャームハドロン崩壊パターンを踏まえて、χc2(2P)の2グルーオンへの分岐比は何か？
• RQ2 BESIIIや他のスーパーベータファクトリーで、χc2(2P)の2グルーオン崩壊モードを実験的に検出可能か？
• RQ3 質量差と径方向波動関数効果を考慮した場合、χc2(2P)の2グルーオン幅はχc2(1P)と比べてどの程度か？
• RQ4 χc2(2P)のハドロン崩壊チャンネルは、特に2グルーオン最終状態において、χc2(1P)とどれほど類似しているか？
• RQ5 χc2(2P)のような励起状態において、チャームハドロン状態全体でΓ(2γ)/Γ(2g)比が同様に成り立つかどうかの仮定は妥当か？

主な発見

• χc2(2P) → 2gの分岐比は、χc2(1P)からの外挿と実験データに基づき、6.5% ± 2.0% と推定された。
• 2グルーオン崩壊幅は約1.56 MeVと予測され、γJ/ψ崩壊を補正した後、χc2(1P)の幅と整合的である。
• BR(χc2(2P) → γγ) × BR(χc2(2P) → D̄D) は ≈0.21 keV に制約され、BelleとBaBarの測定結果と整合的である。
• インスタントン効果を含む重クォークポテンシャルモデルによる推定も、同様の結果をもたらし、支持された。
• 論文は、e⁺e⁻ → ψ(4040) → γχc2(2P) を通じて、BESIIIで2グルーオン崩壊が検出可能であると結論づけた。最終状態に2つのD中間子を再構築可能である。
• この結果は、χc2(2P)のハドロン崩壊幅が2グルーオン最終状態によって支配されており、状態が正しく同定されていればBR(χc2(2P) → 2g) > 2% であると示唆している。