[论文解读] Observation of a hadronic interference effect in annihilation processes

Eef van Beveren, George Rupp|arXiv (Cornell University)|Sep 27, 2010

Dark Matter and Cosmic Phenomena被引用 3

一句话总结

该论文展示了在多个末态的 $e^+e^-$ 和 $p\bar{p}$ 反应数据中存在一个普遍的 76 ± 2 MeV 周期性振荡，表明存在一种与束流能量和夸克味无关的强子干扰效应。作者提出该效应源于不同湮灭路径之间的量子干涉，可能与介子中胶球云的表面振荡有关，对理解强相互作用动力学及胶球样激发态具有重要意义。

ABSTRACT

We present evidence for small oscillations we observe in electron-positron and proton-antiproton annihilation data, with a periodicity of 76+-2 MeV, independent of the beam energy. We discuss some possible scenarios to explain the phenomenon.

研究动机与目标

• 研究在不同末态的 $e^+e^-$ 和 $p\bar{p}$ 湮灭数据中观测到的小幅周期性振荡的起源。
• 确定观测到的 76 ± 2 MeV 周期性是否为强相互作用过程的普遍特征，与初始态或夸克味无关。
• 探讨该干涉效应是否源于湮灭前的动力学或不同衰变路径之间的湮灭后量子干涉。
• 评估该周期性是否反映强相互作用的一个新常数，可能与胶球云振荡或强子表面振动有关。
• 评估观测到的周期性与已知的夸克偶素谱以及胶球或袋模型激发的理论模型的一致性。

提出的方法

• 使用 BABAR、CDF 和 CMD-2 合作组的实验数据，通过与不变质量线性相关的余弦函数进行拟合。
• 振荡幅度与平均信号幅度成正比，但 CDF 数据中使用共振区的背景幅度。
• 分析 $e^+e^- \to J/\psi\pi^+\pi^-$、$p\bar{p} \to J/\psi\pi^+\pi^-$、$e^+e^- \to \pi^+\pi^-$ 和 $e^+e^- \to \Upsilon(2S)\pi^+\pi^-$ 过程，以检验周期性的普遍性。
• 将观测到的周期性与 AdS 禁闭、袋模型表面振荡以及胶球谱的格点 QCD 理论预测进行比较。
• 使用频谱分析将 76 MeV 周期性与胶球云的径向或表面振荡联系起来，可能与 190 MeV 的夸克偶素频率相关。
• 评估其他解释，包括在 $n\bar{n}$ 和 $c\bar{c}$ 系统中 OZI 允许与非 OZI 反应的差异，以解释干涉效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 观测到的 $e^+e^-$ 和 $p\bar{p}$ 湮灭截面中 76 ± 2 MeV 周期性是否与束流能量和初始夸克味无关？
• RQ2 该干涉效应是否能通过 $c\bar{c}$、$n\bar{n}$ 和 $b\bar{b}$ 系统中不同湮灭后衰变路径之间的量子干涉来解释？
• RQ3 该周期性是否对应于强相互作用的一个基本常数，如胶球云振荡频率？
• RQ4 观测到的振荡是否与 AdS 禁闭或袋模型预测的胶球云表面振动模式一致？
• RQ5 为何在 $e^+e^-$ 中振荡幅度大于 $p\bar{p}$ 湮灭，这又对完全湮灭与部分湮灭的主导机制意味着什么？

主要发现

• 在涉及 $c\bar{c}$、$n\bar{n}$ 以及可能的 $b\bar{b}$ 末态的 $e^+e^-$ 和 $p\bar{p}$ 过程中，观测到的周期性在 76 ± 2 MeV 之间保持一致，且与束流能量无关。
• 在 $e^+e^-$ 数据中，振荡幅度约为总信号的 10%，而在 $p\bar{p}$ 数据中仅约 1%，表明 $e^+e^-$ 过程中效应更强。
• 该周期性与胶球振荡的径向频率 342 ± 4 MeV 一致，与格点 QCD 对胶球能级间距的计算结果相符。
• 考虑了另一个可能解 38 ± 4 MeV，可能对应于表面振荡，但由于与已知的重子和夸克偶素频率不一致，支持度较低。
• 该周期性无法由湮灭前动力学解释，表明其源于 $c\bar{c}$、$n\bar{n}$ 或 $b\bar{b}$ 构型中不同衰变振幅之间的湮灭后干涉。
• 结果表明强相互作用中存在第二个普遍常数，周期性为 76 ± 2 MeV，可能与胶球云表面振荡有关，与先前已知的 190 MeV 夸克偶素频率不同。