[论文解读] Revisit the radiative decays of $J/\psi$ and $\psi' o \gamma\eta_c (\gamma\eta_c^\prime)$

Gang Li, Q. Zhao|arXiv (Cornell University)|Jul 12, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 14

一句话总结

本文采用改进的唯象拉格朗日量方法，重新评估了 J/ψ 和 ψ′ → γηc(γη′c) 的辐射衰变，将中间介子圈（IML）贡献作为夸克模型的‘未抑制’修正。结果表明，IML 效应对于 J/ψ → γηc 较小，但对于解决 ψ′ → γηc 分支比长期存在的过预测问题至关重要；并预测 ψ(3770) → γηc(γη′c) 存在显著的 IML 贡献，为近开粲阈值处的夸克onium 辐射跃迁中观测到的差异提供了统一解释。

ABSTRACT

With the new measurements of $J/\psi$ and $\psi^\prime o \gamma\eta_c \ (\gamma\eta_c^\prime)$ from CLEO and BES-III Collaboration, we re-investigate the intermediate meson loop (IML) contributions to these radiative decays in association with the quark model M1 transitions in an effective Lagrangian approach. It shows that the "unquenched" effects due to the intermediate hadron loops can be better quantified by the new data for $J/\psi o \gamma\eta_c$. Although the IML contributions are relatively small in $J/\psi o \gamma\eta_c$, they play a crucial role in $\psi^\prime o \gamma\eta_c \ (\gamma\eta_c^\prime)$. A prediction for the IML contributions to $\psi(3770) o \gamma\eta_c \ (\gamma\eta_c^\prime)$ is made. Such "unquenched" effects allow us to reach a coherent description of those three radiative transitions, and gain some insights into the underlying dynamics.

研究动机与目标

• 解决夸克模型对 J/ψ 和 ψ′ → γηc(γη′c) 辐射衰变的长期预测与实验数据之间的差异。
• 量化在近开粲阈值附近，夸克onium跃迁中来自中间介子圈（IML）的‘未抑制’效应。
• 通过采用 D*0D0γ 耦合的最新实验约束，并包含所有 S 波 D 介子圈，改进有效拉格朗日量方法。
• 预测 ψ(3770) → γηc(γη′c) 中的 IML 贡献，该态靠近 D̄D 阈值，预期未抑制效应显著。
• 评估 IML 机制是否能统一解释夸克模型预测与实验数据，特别是对于 ψ′ 衰变，其分支比被夸克模型高估近一个数量级。

提出的方法

• 采用有效拉格朗日量方法（ELA）来建模夸克onium衰变中 M1 辐射跃迁的中间介子圈（IML）贡献。
• 在圈计算中包含 S 波 D 介子和 D* 介子，以估算主导的未抑制修正。
• 利用 e+e− → D̄D 截面线形分析结果，对 gψ′DD 耦合施加实验约束，采用的耦合常数小于以往研究。
• 排除接触项以避免非物理贡献，仅通过 VVP 顶点结构保留真实的圈效应。
• 从 M1 跃迁出发，利用夸克模型振幅和 VVP 顶点的洛伦兹结构，推导出有效 VγP 耦合。
• 将 IML 机制作为非微扰修正，用于抵消或减小‘抑制’的夸克模型振幅。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 CLEO 和 BES-III 的新数据背景下，中间介子圈（IML）贡献如何影响 J/ψ → γηc 和 ψ′ → γηc(γη′c) 的辐射衰变？
• RQ2 为何夸克模型对 ψ′ → γηc 的分支比高估近一个数量级？IML 效应能否解决此问题？
• RQ3 在 ψ′ 靠近 D̄D 阈值的背景下，IML 贡献在多大程度上能解释 J/ψ 和 ψ′ 衰变中观测到的分支比？
• RQ4 ψ(3770) → γηc(γη′c) 中 IML 贡献的预期大小是多少？与格点 QCD 的‘抑制’结果相比如何？
• RQ5 IML 效应的引入能否为 J/ψ、ψ′ 和 ψ(3770) 的辐射跃迁提供一致且统一的描述，尽管它们的阈值和实验数据各不相同？

主要发现

• 在 J/ψ → γηc 中，IML 贡献较小但不可忽略，与新 CLEO 数据一致，后者对模型参数形成约束。
• IML 效应在 ψ′ → γηc(γη′c) 中起关键作用，显著降低夸克模型的预测值，使其更接近实验结果。
• ψ′ → γηc 的 IML 贡献量级显著，可解释夸克模型预测与实验数据之间的巨大差异。
• 对于 ψ(3770) → γηc(γη′c)，本文预测 IML 贡献与格点 QCD 的‘抑制’结果同量级，表明存在显著的未抑制效应。
• 包含所有 S 波 D 介子圈及更真实的 D*0D0γ 耦合，提升了模型与实验数据的一致性，并减少了对圈振幅的高估。
• IML 机制为 D 波到 S 波跃迁中看似违反夸克模型选择规则的现象提供了合理解释，尤其在靠近开粲阈值的态中。