[论文解读] Remarks on the decays chi_{bJ}^\prime -> omega Upsilon

M.B. Voloshin|arXiv (Cornell University)|Apr 16, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 5被引用 3

一句话总结

本文在非相对论底夸克偶素理论框架下分析了CLEO观测到的级联衰变过程 Upsilon(3S) → γχ′_bJ → γωΥ。研究预测，χ′_b2 → ωΥ 与 χ′_b1 → ωΥ 的分支比之比应等于其S波相空间因子之比，意味着两者的衰变速率几乎相等。该研究进一步建议通过测量末态ω与Υ粒子之间的角相关性来检验此预测。

ABSTRACT

The recently observed by CLEO cascade decays Upsilon(3S) -> gamma chi_{bJ}^\prime -> gamma omega Upsilon are discussed. It is shown that within the nonrelativistic description of bottomonium in the heavy b quark limit, the ratio of the rates of the transitions chi_{bJ}^\prime -> omega Upsilon with J=1 and J=2 should be given by the ratio of the corresponding S wave phase space factors. As a result, the rate of the observed cascade transitions through the chi_{b2}^\prime resonance should be close to that through the chi_{b1}^\prime. It is suggested that the ratio of the discussed cascade rates can also be tested by measuring a simple angular correlation.

研究动机与目标

• 在非相对论QCD框架下解释CLEO观测到的级联衰变过程 Upsilon(3S) → γχ′_bJ → γωΥ。
• 在重底夸克极限下，确定 χ′_b2 → ωΥ 与 χ′_b1 → ωΥ 衰变速率的预期比值。
• 提出一种可观测量——ω与Υ之间的角相关性——以实验方式检验预测的速率比。
• 为不同 chi_bJ′ 共振态衰变至相同末态的总衰变速率提供理论基准。

提出的方法

• 在重底夸克极限下，应用非相对论性底夸克偶素态描述来建模 χ′_bJ → ωΥ 的衰变振幅。
• 将S波相空间因子视为J=1与J=2态衰变宽度比的主要贡献。
• 推导出理论预测：速率比应仅由相空间因子之比决定。
• 建议测量χ′_bJ共振态静止参考系中ω与Υ的角分布，以提取相对分支比。
• 利用ω与Υ之间的角相关性来探测衰变中χ′_bJ态的自旋结构。

实验结果

研究问题

• RQ1 在重底夸克极限下，χ′_b2 → ωΥ 与 χ′_b1 → ωΥ 衰变速率的预期比值是多少？
• RQ2 非相对论性底夸克偶素模型如何预测这些跃迁的相对强度？
• RQ3 ω与Υ介子之间的角相关性能否用于实验检验预测的速率比？
• RQ4 相空间因子是否单独决定了这些跃迁的分支比之比？

主要发现

• χ′_b2 → ωΥ 与 χ′_b1 → ωΥ 衰变速率之比被预测等于其各自S波相空间因子之比。
• 鉴于χ′_b2与χ′_b1态之间质量差较小，相空间因子之比接近于1，意味着两者的衰变速率几乎相等。
• 在非相对论极限下，预测的速率比与动力学无关，仅取决于运动学。
• ω与Υ介子之间的角相关性可用于实验验证预测的速率比。