[論文レビュー] Two Photon Width of eta_c (paper version)

Nicola Fabiano, G. Pancheri|arXiv (Cornell University)|Apr 18, 2002

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 1被引用数 9

ひとこと要約

この論文は、ポテンシャルモデルとNRQCDを用いて、$η_c$ チャーミオン状態の二光子崩壊幅を評価し、実験データと整合性があることを示した。Coulomb的ポテンシャルを用いて$η_b$の二光子幅を0.50 ± 0.03 keVと推定し、LEP時代の精度と整合しており、ボトミウムの崩壊に関する理論モデルを支持する。

ABSTRACT

We discuss the measured partial width of the pseudoscalar charmonium state eta_c into two photons. Predictions from potential models are examined and compared with experimental values. Including radiative corrections, it is found that present measurements are compatible both with a QCD type potential and with a static Coulomb potential. The latter is then used to give an estimate on the eta_b decay into two photons. Results for eta_c are also compared with those from j/psi data through the NRQCD model.

研究の動機と目的

• 最新の実験データと理論的モデルを用いて、$η_c$ 状態の二光子崩壊幅を再評価すること。
• QCD型およびCoulomb的ポテンシャルを含むポテンシャルモデルが、$η_c \to \gamma\gamma$ の実験的測定と整合するかを検証すること。
• 同じ枠組みを用いて、ボトミウム状態$η_b$への理論的予測を拡張すること。
• ポテンシャルモデル、NRQCD（BBLモデル）、$J/\psi$ 崩壊データからの結果を比較し、一貫性と不確実性を評価すること。
• 将来の$γ\gamma$衝突型実験における探索を想定し、$η_b$の二光子幅の信頼できる推定値を提供すること。

提案手法

• 原点での波動関数を計算するために、ポテンシャルモデル（Cornell型およびRichardson型）を用い、これがボーンレベルの二光子幅を決定する。
• QCD補正を用いて一次近似の崩壊幅に放射補正を適用し、$Q = 3.0$ GeVにおける$\alpha_s$を組み込む。
• 非相対論的QCD（NRQCD）フレームワーク（BBLモデル）を用い、$J/\psi$ 崩壊データから抽出した長距離行列要素を用いて崩壊幅を計算する。
• 真空飽和近似を用いて、$J/\psi$ および$\eta_c$ 状態の4つの未知の長距離係数を2つ（$G_1$, $F_1$）に簡略化する。
• 理論的予測を、$\Gamma(\eta_c \to \gamma\gamma) = 7.4 \pm 1.4$ keVというPDGの世界平均値と比較する。
• 静的Coulombポテンシャルを用いて$\eta_b \to \gamma\gamma$の幅を評価し、$\eta_c$ の結果から外挿する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ポテンシャルモデルによる$\Gamma(\eta_c \to \gamma\gamma)$の予測は、最新の実験的測定と整合するか？
• RQ2 静的Coulombポテンシャルは$\eta_c$ の二光子崩壊幅を正確に記述できるか？ そして$\eta_b$ への意味は何か？
• RQ3 NRQCDに基づく予測（BBLモデル）は、ポテンシャルモデルの結果と実験データとどのように比較されるか？
• RQ4 $J/\psi$ の電子対およびハドロン崩壊幅を$\eta_c$ 崩壊予測の入力として使用した場合、どのような影響があるか？
• RQ5 予測された$\Gamma(\eta_b \to \gamma\gamma)$は、現在のLEPデータの精度の範囲内にあるか？

主な発見

• ポテンシャルモデルによる$\Gamma(\eta_c \to \gamma\gamma)$の予測は$7.6 \pm 1.5$ keVであり、PDGの世界平均値$7.4 \pm 1.4$ keVと整合している。
• 静的Coulombポテンシャルによる$\Gamma(\eta_b \to \gamma\gamma)$の予測は$0.50 \pm 0.03$ keVであり、LEPデータの精度の範囲内にある。
• BBLモデルによる$\Gamma(\eta_c \to \gamma\gamma)$の予測は$9.02 \pm 0.65 \pm 0.14$ keVであり、$1\sigma$の範囲内で実験と整合している。
• BBLモデルによる$\Gamma(\eta_c \to \text{light hadrons})$の予測は$14.38 \pm 1.07 \pm 1.43$ MeVであり、これもデータと整合している。
• ポテンシャルモデルとBBLモデルからの理論的予測は、互いに良好に一致しており、実験データとも整合している。
• 電子対崩壊$J/\psi \to e^+e^-$の入力を用いた単一状態の図式は、中央の実験的値と一致するが、ハドロン崩壊$J/\psi \to \text{light hadrons}$の入力では長年の不一致が見られる。