[论文解读] Form-factor dependence of the J/psi dissociation cross sections in meson exchange model

Yongseok Oh, Taesoo Song+2 more|arXiv (Cornell University)|May 24, 2002

High-Energy Particle Collisions Research被引用 4

一句话总结

该论文通过证明在介子交换框架中引入协变形式因子和可调的四点接触相互作用，能够重现夸克交换模型的截面幅度和能量依赖性，解决了$J/psi$衰变中介子交换模型与夸克交换模型之间的差异。关键发现是，模型的一致性取决于形式因子的选择和接触相互作用强度，而非根本性的模型差异。

ABSTRACT

The $J/ψ$ dissociation by $π$ and $ρ$ mesons is examined in meson exchange model and compared to the quark interchange model. We found that the main difference between the predictions of the two models could be resolved by the form factors and the contact interactions in meson exchange model calculations. By adopting covariant form factors and adjusting the four-point couplings, we found that the meson exchange model could give similar predictions with the quark interchange models not only for the magnitudes but also for the energy dependence of the low-energy dissociation cross sections of the $J/ψ$ by $π$ and $ρ$ mesons. Our finding suggests a way to understand one of the discrepancies among the existing model predictions on the $J/ψ$ dissociation cross sections by light hadrons.

研究动机与目标

• 解决长期以来介子交换模型与夸克交换模型在预测$J/psi$衰变截面（由$\pi$和$\rho$介子引起）方面存在的差异。
• 研究介子交换模型中形式因子和接触相互作用如何影响$J/psi$衰变截面的能量依赖性和幅度。
• 确定通过调整形式因子和四点耦合常数，介子交换模型是否能够重现夸克交换模型的结果。
• 评估强子波函数结构和夸克间相互作用在有效场论方法中决定有效耦合的作用。

提出的方法

• 采用t通道介子交换（如$D$、$D^*$）的相对论性有效拉格朗日量方法，研究$\pi + J/psi$和$\rho + J/psi$过程。
• 使用形式为$F(p^2) = \left(\frac{n\Lambda^4}{n\Lambda^4 + [(p_1+p_2)^2 - (M_3+M_4)^2]^2}\right)^n$的协变形式因子，以考虑交换粒子的非壳效应。
• 引入具有可调耦合常数的四点接触相互作用（如$\psi D D \pi$、$\psi D^* D^* \pi$），以匹配夸克交换模型的结果。
• 比较两种模型的结果：(I) 仅含三点头顶点与形式因子；(II) 包含主导的四点接触项并拟合耦合常数。
• 固定形式因子截断值($\Lambda$)和$n$值，以测试收敛性及对强子尺寸和波函数结构的敏感性。
• 利用SU(4)对称性和重夸克对称性，关联耦合常数（如$g_{D^*D\pi}$），并约束初始参数选择。

实验结果

研究问题

• RQ1 介子交换模型能否重现夸克交换模型预测的$J/psi$衰变截面的幅度和能量依赖性？
• RQ2 不同形式因子参数化方式（如指数型与协变有理型）如何影响预测的截面？
• RQ3 四点接触相互作用在调和介子交换模型与夸克交换模型预测方面起到何种作用？
• RQ4 接触项耦合常数与SU(4)对称性预测的偏离程度如何？这对我们理解强子结构有何启示？
• RQ5 结果对形式因子截断$\Lambda$和有理形式因子中$n$参数的选择有多敏感？

主要发现

• 包含协变形式因子和可调四点接触相互作用的介子交换模型，成功重现了夸克交换模型对$\pi + J/psi$和$\rho + J/psi$衰变的截面幅度和能量依赖性。
• 四点接触项的引入主导了介子交换图的贡献，从而减少了对三点头顶点耦合常数精细调节的需求。
• 所得四点耦合常数（如$g_{\psi D^*D^*\pi} = 7$ GeV$^{-1}$，$g_{\psi D^*D^*\rho} = 27$ GeV$^{-1}$）与SU(4)对称性预测存在显著偏差，表明存在强烈的对称性破缺效应。
• 随着形式因子中$n$值的增加，截面趋于收敛，表明在$n=20$时模型具有稳定性和与强子波函数结构的一致性。
• 当$\pi + J/psi$过程取$\Lambda = 1.2$ GeV，$\rho + J/psi$过程取$\Lambda = 1.0$ GeV时，模型结果与夸克交换模型最为吻合。
• 本研究表明，模型间差异主要源于形式因子选择和接触相互作用强度，而非理论上的根本不相容性。