[论文解读] Quarkonium Decays and Production in NRQCD

Fabio Maltoni|ArXiv.org|Jul 2, 2000

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 6

一句话总结

本文应用非相对论性量子色动力学（NRQCD）因子化方法研究底重子和粲重子的衰变与产生，表明胶色八重态贡献对于描述底重子和粲重子的强衰变至关重要。该研究完成了 $χ_{cJ}$ 和 $Υ$ 衰变的下一阶修正（NLO）计算，从固定靶实验数据中提取非微扰矩阵元，并在理论不确定度范围内确认了这些矩阵元的普遍性，验证了NRQCD在重夸克偶素现象学中的预测能力。

ABSTRACT

Some examples of the most recent applications of the NRQCD factorization approach to quarkonium phenomenology are presented. In the first part of the talk the NLO calculations for $\chicj$ and $Υ$ decays rates are compared to the data and the results critically analyzed. In the second part, I show how information on the non-perturbative matrix elements can be extracted from the hadronic fixed-target experiments and eventually used to test their universality.

研究动机与目标

• 评估NRQCD因子化方法在描述包括衰变与产生过程在内的重夸克偶素过程中的有效性。
• 从强子固定靶实验的实验数据中提取 $^3S_1^{[8]}$ 与 $^1S_0^{[8]}$ 理想组分的非微扰矩阵元（MEs）。
• 检验胶色八重态矩阵元在不同过程中的普遍性，并将理论预测与实验测量结果进行比较。
• 评估胶色八重态贡献在 $Υ$ 强衰变中的重要性，并评估从这些衰变中提取 $α_s$ 的可靠性。
• 利用 $χ_{cJ}$ 衰变的约束条件与NRQCD标度规则，预测 $h_c$ 粲重子态的强衰变宽度。

提出的方法

• 采用NRQCD因子化形式体系，将包括衰变宽度表示为短距离系数与非微扰矩阵元之和：$\Gamma(H\to X) = \sum_{\cal Q} \hat{\Gamma}({\cal Q}\to x) \langle H|\bar{\cal O}({\cal Q})|H\rangle$。
• 对 $\chi_{cJ}$ 和 $\u03a5$ 衰变率执行下一阶修正（NLO）计算，同时包含胶色 singlet 与胶色 octet 贡献。
• 应用重夸克自旋对称性，关联不同理想组分的矩阵元，从而减少独立参数的数量。
• 从固定靶实验与强子对撞机实验中 $J/\psi$ 与 $\psi'$ 产生过程的实验数据中提取非微扰矩阵元。
• 将理论预测与 $R_\psi = \sigma_{\rm hadroprod}(J/\psi)/\sigma_{\rm hadroprod}(\psi')$ 的实验数据进行比较，以检验 $\langle \cal O_8^{\psi}(^3S_1) \rangle$ 的普遍性。
• 分析NLO结果的尺度依赖性，以评估理论稳定性并减小规范尺度不确定度。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 $\Upsilon$ 状态的强衰变中，胶色八重态贡献是否显著？它们是否使胶色 singlet 模型失效？
• RQ2 能否从半包括衰变与产生数据中可靠地提取 $^3S_1^{[8]}$ 与 $^1S_0^{[8]}$ 理想组分的非微扰矩阵元？
• RQ3 在不同过程（如 $J/\psi$ 与 $\psi'$ 产生）中，非微扰矩阵元的普遍性是否与NRQCD预测一致？
• RQ4 NRQCD中的NLO计算在多大程度上减少了理论不确定度，并改善了与实验数据的符合度？
• RQ5 能否利用 $\chi_{cJ}$ 衰变数据与NRQCD标度关系，从 $\chi_{cJ}$ 衰变数据预测 $h_c$ 状态的强衰变宽度？

主要发现

• 在 $\Upsilon$ 强衰变中，胶色八重态贡献与胶色 singlet 贡献处于同一数量级，因此对于准确描述至关重要。
• NRQCD对 $R_\psi$ 的NLO预测与实验数据高度一致，且在规范尺度变化下保持稳定，表明NRQCD框架取得了显著成功。
• 从固定靶实验中提取的 $\langle \cal O_8^{\psi}(^3S_1) \rangle$ 值为 $0.66 \times 10^{-2}\,\text{GeV}^3$，与理论预期及其他提取结果一致。
• 基于 $\chi_{cJ}$ 衰变数据与NRQCD标度规则，预测 $h_c$ 的强衰变宽度约为 $1.4\,\text{MeV}$。
• 从不同实验（Tevatron、固定靶、B介子衰变）中提取的非微扰矩阵元在理论不确定度范围内结果一致，支持了矩阵元的普遍性。
• 尽管存在理论与实验不确定度，NRQCD方法对粲重子衰变与产生的描述仍出人意料地一致，尤其考虑到粲夸克质量较轻。