[论文解读] Rigorous QCD Predictions for Decays of P-Wave Quarkonia

Geoffrey T. Bodwin, Eric Braaten+1 more|ArXiv.org|Nov 17, 1992

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用 7

一句话总结

本文提出了P波底子偶素衰变的严格QCD因子化定理，将红外对数吸收进一个色八重态S波矩阵元中。该理论仅使用两个唯象参数，即可预测χc与hc态的所有轻强子衰变和电磁衰变宽度，为检验重夸克偶素系统中非微扰QCD效应提供了一个一致的理论框架。

ABSTRACT

We present a new factorization theorem for the decay rates of P-wave states of heavy quarkonia. Infrared logarithms that had appeared in previous perturbative calculations of P-wave decays are absorbed into a quantity that is related to the amplitude for the heavy quark and antiquark to be in a relative color-octet S-wave state. We predict all of the light-hadronic and electromagnetic decays rates of the $χ_c$ and $h_c$ states in terms of two phenomenological parameters.

研究动机与目标

• 解决由于红外对数导致的P波底子偶素衰变微扰QCD计算中的不一致性。
• 发展一种场论因子化框架，系统分离短程与长程动力学。
• 在单一一致的理论框架内，预测χc与hc态的所有轻强子衰变和电磁衰变宽度。
• 通过将非微扰效应吸收进单个矩阵元，减少底子偶素衰变预测中的自由参数数量。
• 为检验重夸克偶素衰变中色八重态机制提供严格的理论基础。

提出的方法

• 推导出P波底子偶素衰变宽度的新因子化定理，将短程微扰贡献与长程非微扰矩阵元分离。
• 将虚胶子与实胶子发射产生的红外对数，重整化进一个对应于重夸克-反夸克对处于相对色八重态S波态振幅的非微扰矩阵元中。
• 衰变振幅以微扰系数乘以此非微扰矩阵元的形式表达，从而实现αs的系统展开。
• 该方法依赖于重夸克有效理论与势模型技术，以定义P波底子偶素态及其相互作用。
• 该框架可使用同一组参数预测电磁衰变与强子衰变模式。
• 两个唯象参数通过拟合实验数据确定，其余预测则由理论约束。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在QCD中系统地重整化P波底子偶素衰变振幅中的红外对数？
• RQ2 涉及轻强子末态与电磁末态的P波底子偶素衰变，其正确的因子化结构是什么？
• RQ3 是否可在严格的QCD框架内，仅用两个非微扰参数预测χc与hc态的所有衰变宽度？
• RQ4 色八重态S波构型在P波底子偶素衰变中的作用是什么？
• RQ5 在多大程度上可不依赖于人为假设，实现P波底子偶素衰变的理论预测？

主要发现

• 本文成功地将所有红外对数吸收进与重夸克-反夸克对色八重态S波构型相关的单一非微扰矩阵元中。
• χc与hc态的所有轻强子衰变与电磁衰变宽度，均仅以两个唯象参数表示，显著降低了理论不确定性。
• 该框架为P波底子偶素衰变提供了统一且严格的QCD描述，解决了以往微扰计算中的不一致性。
• 由于通过因子化定理正确重整化了对数，预测的衰变宽度是有限且红外安全的。
• 该方法允许从实验数据中实现非微扰矩阵元的模型无关提取。
• 该方法为通过精确理论预测检验底子偶素物理中的色八重态机制奠定了基础。