[论文解读] Charmonium at BES and CLEO-c

T. Barnes|ArXiv.org|Jun 29, 2004

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 8被引用 5

一句话总结

本文提出了一套非相对论性势模型，用于描述BES和CLEO-c实验中粲底强子谱学的电磁衰变和强衰变分支比，采用库仑加线性势并引入自旋依赖项，预测了电磁衰变和强衰变分支比。该模型重点检验了S-D混杂效应和ψ(3770)、ψ(4040)、ψ(4415)等态的衰变振幅，特别强调了D*D*衰变振幅对理论模型的敏感性。

ABSTRACT

This paper gives a short summary of some of the aspects of charmonium which can be addressed at BES and CLEO-c and other $e^+e^-$ facilities. These topics include the spectroscopy of charmonium states, radiative transitions, $e^+e^-$ widths, two-photon widths, hadron loop effects and open-flavor strong decays.

研究动机与目标

• 探索e+e−对撞机（如BES和CLEO-c）中高于3.73 GeV的粲底强子谱学及其衰变性质。
• 通过电磁衰变和强衰变的实验数据，检验含自旋依赖项的非相对论性势模型的有效性。
• 研究强子圈效应和开放底味强衰变在解释异常分支比（如ψ(4040)中D*D*主导于DD）中的作用。
• 评估高质心能量粲底强子态（如ψ(4415)）作为奇异DsJ态（如D*sJ(2317)和Ds1(2460)）产生源的潜力。
• 为利用分支比和衰变振幅的精确测量来检验强衰变理论模型提供框架。

提出的方法

• 构建一个零阶哈密顿量，包含库仑势、线性束缚项以及高斯平滑的自旋-自旋超精细相互作用，以描述c¯c束缚态。
• 利用该哈密顿量数值求解薛定谔方程，生成能量低于4.2 GeV的粲底强子态的零阶波函数。
• 通过一胶子交换的布雷特-费米哈密顿量施加自旋依赖修正，包括自旋-轨道和张量项，并从标量束缚相互作用中引入汤普森进动项。
• 利用所得波函数计算电磁跃迁（E1、M1、双光子、e+e−），以预测分支比。
• 使用3P0衰变模型对开放粲末态（DD、DD*、D*D*）的强衰变进行建模，振幅比由角动量耦合导出。
• 该模型拟合了11个已确立的粲底强子态，得到参数：αs = 0.5461，b = 0.1425 GeV²，mc = 1.4794 GeV，σ = 1.0946 GeV，均方根误差为13.6 MeV。

实验结果

研究问题

• RQ1 含自旋依赖项的非相对论性势模型在多大程度上能准确描述高于3.73 GeV的粲底强子态的谱学和电磁衰变？
• RQ2 ψ(4040)衰变到DD、DD*和D*D*的分支比揭示了3P0衰变模型的有效性以及强子圈效应的作用如何？
• RQ3 ψ(4040)和ψ(4159)中D*D*衰变振幅是否可用于检验3P0模型的预测，特别是5P1与1P1振幅比？
• RQ4 ψ(4415)在多大程度上可作为S波衰变到D*sD*sJ(2317)和DsDs1(2460)的D*sJ(2317)与Ds1(2460)共振态的产生源？
• RQ5 ψ(4159)与ψ(4040)在D*D*末态中的衰变振幅预测（特别是5F1主导性和1P1/5P1振幅比）有何差异？

主要发现

• 该势模型采用参数αs = 0.5461，b = 0.1425 GeV²，mc = 1.4794 GeV，σ = 1.0946 GeV，能以13.6 MeV的均方根误差再现11个已知粲底强子态的质量。
• 该模型成功预测了1S、1P和2S多重态内的平均能级位置及能级劈裂，表明夸克间势能和自旋依赖力被模型良好描述。
• 3P0衰变模型预测ψ(4040)中DD*衰变模式受到强烈抑制，与实验数据一致，即DD*分支比远小于D*D*。
• 对于ψ(4159)，模型预测D*D*为主导衰变模式，1P1/5P1振幅比为-√5，且D*D*末态中5F1振幅占主导。
• ψ(4415)态被预测具有显著的分支比衰变为D*sD*sJ(2317)和DsDs1(2460)，使其成为研究这些新观测到的窄DsJ态的有力候选源。
• 该模型预测ψ(4415)中D*D*衰变振幅主要由5F1部分波主导，且1P1振幅比5P1振幅大√5倍，为检验该模型提供了独特特征。