[논문 리뷰] Revisit the radiative decays of $J/\psi$ and $\psi' o \gamma\eta_c (\gamma\eta_c^\prime)$

Gang Li, Q. Zhao|arXiv (Cornell University)|2011. 07. 12.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 14

한 줄 요약

이 논문은 중간 메손 루프 (IML) 기여를 '해제된' 보정으로 포함한 개선된 효과적 라그랑지안 접근법을 사용하여 J/ψ 및 ψ′ → γηc(γη′c)의 복사 붕괴를 재평가한다. IML 기여는 J/ψ → γηc에서는 작지만 무시할 수 없고, ψ′ → γηc 붕괴 분해비의 장기적인 과대예측 문제를 해결하는 데 핵심적인 역할을 한다. 또한 ψ(3770) → γηc(γη′c)에 대해 상당한 IML 기여를 예측하며, 개방 셰이프 임계점 근처의 챸롬륨 복사 전이에서의 불일치를 일관되게 설명한다.

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.

연구 동기 및 목표

• J/ψ 및 ψ′ → γηc(γη′c) 복사 붕괴에 대한 쿼크 모델 예측과 실험 데이터 사이의 장기적인 불일치를 해결하기 위해.
• 특히 개방 셰이프 임계점 근처에서 쿼크 모델의 '해제되지 않은' 효과를 중간 메손 루프 (IML) 기여로 정량화하기 위해.
• D*0D0γ 결합 상수에 대한 최신 실험적 제약 조건을 반영하고 모든 S-파 D-메손 루프를 포함하여 효과적 라그랑지안 접근법을 개선하기 위해.
• ψ(3770) → γηc(γη′c)에 대한 IML 기여를 예측하여, 쿼크 모델이 거의 한 계급 차이로 과대평가하는 붕괴 분해비 문제를 해결하기 위해.
• IML 메커니즘이 쿼크 모델 예측과 실험 데이터를 일관되게 맞출 수 있는지 평가하기 위해, 특히 ψ′ 붕괴에서 쿼크 모델이 붕괴 분해비를 거의 한 계급 차이로 과대평가하는 경우에 대해.

제안 방법

• 쿼크 모델의 M1 복사 전이에 대한 중간 메손 루프 (IML) 기여를 모델링하기 위해 효과적 라그랑지안 접근법 (ELA)을 사용한다.
• 주로 S-파 D 및 D* 메손을 루프 계산에 포함하여 주로 '해제되지 않은' 보정 기여를 추정한다.
• e+e− → D̄D 충돌 분석의 선형형태 분석을 통해 ψ′DD 결합 상수에 대한 실험적 제약 조건을 적용하며, 이전 연구보다 더 작은 결합 상수를 사용한다.
• 물리적으로 비합리적인 기여를 방지하기 위해 연장 항을 배제하고, VVP 버텍스 구조를 통해 진정한 루프 효과에만 집중한다.
• 쿼크 모델의 진폭과 VVP 버텍스의 로렌츠 구조를 사용하여 효과적 VγP 결합 상수를 유도한다.
• IML 메커니즘을 비추상적 보정으로 구현하여 '해제된' 쿼크 모델 진폭을 상쇄하거나 감소시킨다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 최신 CLEO 및 BES-III 데이터를 바탕으로, 중간 메손 루프 (IML) 기여는 J/ψ → γηc 및 ψ′ → γηc(γη′c) 복사 붕괴에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 왜 쿼크 모델은 ψ′ → γηc의 붕괴 분해비를 거의 한 계급 차이로 과대평가하는가? 그리고 IML 기여는 이를 해결할 수 있는가?
• RQ3 IML 기여는 J/ψ 및 ψ′ 붕괴의 관측된 붕괴 분해비를 어느 정도 설명할 수 있는가? 특히 ψ′이 D̄D 임계점에 가까운 상황에서.
• RQ4 ψ(3770) → γηc(γη′c)에 대한 IML 기여의 크기는 기대되며, 라티스 QCD의 '해제된' 결과와 비교해 볼 때 어떤가?
• RQ5 IML 기여를 포함함으로써 J/ψ, ψ′, ψ(3770)의 복사 전이에 대해 일관되고 통합된 기술이 가능할 수 있는가? 이는 각기 다른 임계점과 실험 데이터를 고려할 때도 가능할까?

주요 결과

• IML 기여는 CLEO 신규 데이터가 모델 매개변수를 제약하는 데 일치하는 바, J/ψ → γηc에서는 작지만 무시할 수 없는 것으로 나타났다.
• IML 기여는 ψ′ → γηc(γη′c)에서 핵심적인 역할을 하며, 쿼크 모델 예측을 크게 감소시켜 실험 결과와 더 나은 일치를 이룬다.
• ψ′ → γηc에 대한 IML 기여는 상당히 크며, 쿼크 모델 예측과 실험 데이터 사이의 큰 불일치를 설명한다.
• ψ(3770) → γηc(γη′c)의 경우, IML 기여는 라티스 QCD의 '해제된' 결과와 비슷한 주요 기여 수준을 보이며, 상당한 '해제되지 않은' 효과가 있음을 시사한다.
• 모든 S-파 D-메손 루프와 더 현실적인 D*0D0γ 결합 상수를 포함함으로써 모델의 실험 데이터와의 일치성이 향상되었고, 루프 진폭의 과대평가가 감소하였다.
• IML 메커니즘은 특히 개방 셰이프 임계점 근처의 상태에서 D-파에서 S-파로의 전이에서 쿼크 모델 선택 규칙 위반으로 보이는 현상에 대해 타당한 설명을 제공한다.