[论文解读] $\eta(2225)$ observed by BES Collaboration

De-Min Li, Ma Bing|arXiv (Cornell University)|Mar 2, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本研究利用 $^3P_0$ 夸克模型研究了 $3^1S_0$ 和 $4^1S_0$ $s\bar{s}$ 态的强衰变，在质量为 2.24 GeV 时，分别预测其总宽度为 438 MeV 和 125 MeV。实验测得的 $\eta(2225)$ 宽度为 $0.19 \pm 0.03^{+0.04}_{-0.06}$ GeV，与 $3^1S_0$ 态的预测不一致，但与 $4^1S_0$ 态的预测一致，表明 $\eta(2225)$ 很可能是 $4^1S_0$ $s\bar{s}$ 共振态。

ABSTRACT

In the framework of the $^3P_0$ meson decay model, the strong decays of the $3 ^1S_0$ and $4 ^1S_0$ $s\bar{s}$ states are investigated. It is found that in the presence of the initial state mass being 2.24 GeV, the total widths of the $3 ^1S_0$ and $4 ^1S_0$ $s\bar{s}$ states are about 438 MeV and 125 MeV, respectively. Also, when the initial state mass varies from 2220 to 2400 MeV, the total width of the $4 ^1S_0$ $s\bar{s}$ state varies from about 100 to 132 MeV, while the total width of the $3 ^1S_0$ $s\bar{s}$ state varies from about 400 to 594 MeV. A comparison of the predicted widths and the experimental result of $(0.19\pm 0.03^{+0.04}_{-0.06})$ GeV, the width of the $\eta(2225)$ with a mass of $(2.24^{+0.03+0.03}_{-0.02-0.02})$ GeV recently observed by the BES Collaboration in the radiative decay $J/\psi o\gamma\phi\phi o\gamma K^+K^-K^0_SK^0_L$, suggests that it would be very difficult to identify the $\eta(2225)$ as the $3 ^1S_0$ $s\bar{s}$ state, and the $\eta(2225)$ seams a good candidate for the $4 ^1S_0$ $s\bar{s}$ state.

研究动机与目标

• 确定 BES 在 $J/\psi \to \gamma \phi \phi K^+K^-$ 衰变中观测到的 $\eta(2225)$ 共振态的本质。
• 评估基于衰变宽度预测，$\eta(2225)$ 是否可被识别为 $3^1S_0$ 或 $4^1S_0$ $s\bar{s}$ 态。
• 评估理论预测与 $\eta(2225)$ 实验宽度测量结果之间的一致性。
• 探讨在 $^3P_0$ 模型中，$s\bar{s}$ 态的总宽度如何随初始态质量变化。

提出的方法

• 采用 $^3P_0$ 夸克模型计算 $3^1S_0$ 和 $4^1S_0$ $s\bar{s}$ 态的强衰变宽度。
• 使用夸克-反夸克对产生机制，其中 $\bar{q}q$ 对产生振幅为常数。
• 计算总衰变宽度随初始态质量的变化，质量范围从 2220 至 2400 MeV。
• 将预测宽度与实验测得的 $\eta(2225)$ 宽度 $(0.19 \pm 0.03^{+0.04}_{-0.06})$ GeV 进行比较。
• 分析 $3^1S_0$ 和 $4^1S_0$ 态衰变宽度的质量依赖性。
• 评估理论预测与 BES 在质量为 $2.24^{+0.03+0.03}_{-0.02-0.02}$ GeV 处观测结果的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于预测的衰变宽度，$\eta(2225)$ 共振态是否与 $3^1S_0$ $s\bar{s}$ 态一致？
• RQ2 基于预测的衰变宽度，$\eta(2225)$ 共振态是否与 $4^1S_0$ $s\bar{s}$ 态一致？
• RQ3 在约 2.24 GeV 的初始态质量附近，$3^1S_0$ 和 $4^1S_0$ $s\bar{s}$ 态的预测总宽度如何变化？
• RQ4 在质量为 2.24 GeV 时，$4^1S_0$ $s\bar{s}$ 态的理论宽度是多少？与实验值相比如何？
• RQ5 $^3P_0$ 模型是否能在实验不确定度范围内解释 $\eta(2225)$ 的观测宽度？

主要发现

• 在初始态质量为 2.24 GeV 时，$3^1S_0$ $s\bar{s}$ 态的预测总宽度为 438 MeV。
• 在同一质量下，$4^1S_0$ $s\bar{s}$ 态的预测总宽度为 125 MeV。
• 随着初始质量从 2220 MeV 增加到 2400 MeV，$4^1S_0$ $s\bar{s}$ 态的预测宽度在 100 至 132 MeV 之间变化。
• 在同一质量范围内，$3^1S_0$ $s\bar{s}$ 态的预测宽度在 400 至 594 MeV 之间变化。
• 实验测得的 $\eta(2225)$ 宽度 $0.19 \pm 0.03^{+0.04}_{-0.06}$ GeV 与 $3^1S_0$ $s\bar{s}$ 态的预测不一致。
• $\eta(2225)$ 共振态被发现是 $4^1S_0$ $s\bar{s}$ 态的良好候选者，因其宽度预测与实验结果一致。