[论文解读] The Z → c\( \bar c \) → γγ*, Z → b\( \bar b \) → γγ* triangle diagrams and the Z → γψ, Z → γϒ decays

N. N. Achasov|arXiv (Cornell University)|Mar 30, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 6被引用 1

一句话总结

本文利用 Z → c̄c → γγ* 和 Z → b̄b → γγ* 振幅及其导数的求和规则，研究了 Z → γψ 和 Z → γϒ 的衰变。计算了分支比，确定了 Σψ BR(Z → γψ) 的下限为 1.95 × 10⁻⁷，Συ BR(Z → γϒ) 的下限为 7.23 × 10⁻⁷，且在 LHC 上可能观测到的衰变速率为 10⁻⁶ 量级，同时预测了相应的角分布。

ABSTRACT

The approach to the Z → γψ and Z → γϒ decay study is presented in detail, based on the sum rules for the Z → c\( \bar c \) → γγ* and Z → b\( \bar b \) → γγ* amplitudes and their derivatives. The branching ratios of the Z → γψ and Z → γϒ decays are calculated for different hypotheses on saturation of the sum rules. The lower bounds of Σψ BR(Z → γψ) = 1.95 × 10−7 and Συ BR(Z → γϒ) = 7.23 × 10−7 are found. Deviations from the lower bounds are discussed, including the possibility of BR(Z → γJ/ψ(1S)) ∼ BR(Z → γϒ(1S)) ∼ 10−6, that could be probably measured in LHC. The angular distributions in the Z → γψ and Z → γϒ decays are also calculated.

研究动机与目标

• 利用 Z → c̄c → γγ* 和 Z → b̄b → γγ* 振幅的求和规则，分析 Z → γψ 和 Z → γϒ 衰变。
• 在各种饱和假设下，确定 Z → γψ 和 Z → γϒ 衰变分支比的下限。
• 评估这些衰变在 LHC 上的探测潜力，特别是分支比接近 10⁻⁶ 的情况。
• 计算 Z → γψ 和 Z → γϒ 衰变过程中的角分布。
• 探讨下限偏离及其对现象学的启示意义。

提出的方法

• 应用 Z → c̄c → γγ* 和 Z → b̄b → γγ* 振幅及其导数的求和规则，以约束衰变振幅。
• 基于包含重夸克胶子（ψ, ϒ）和虚光子的三角图理论框架。
• 在不同求和规则饱和假设下评估分支比。
• 利用推导出的振幅，计算 Z → γψ 和 Z → γϒ 衰变道中的角分布。
• 基于求和规则饱和的数值估算分支比，包括下限和偏离情况。
• 将预测的分支比与 LHC 的预期灵敏度进行比较，以评估可探测性。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于求和规则饱和，Z → γψ 和 Z → γϒ 衰变的分支比下限是多少？
• RQ2 偏离下限如何影响预测的分支比？哪些数值与当前理论约束一致？
• RQ3 Z → γJ/ψ(1S) 和 Z → γϒ(1S) 的分支比能否达到 LHC 可探测的水平，例如 ∼10⁻⁶？
• RQ4 Z → γψ 和 Z → γϒ 衰变过程中的预测角分布是什么？
• RQ5 Z → c̄c → γγ* 和 Z → b̄b → γγ* 振幅的求和规则如何约束这些稀有衰变的动力学？

主要发现

• Z → γψ 衰变分支比之和的下限计算为 1.95 × 10⁻⁷。
• Z → γϒ 衰变分支比之和的下限确定为 7.23 × 10⁻⁷。
• 偏离下限的分析表明，BR(Z → γJ/ψ(1S)) 和 BR(Z → γϒ(1S)) 可能达到 ∼10⁻⁶，这在 LHC 上可能被探测到。
• 基于振幅结构，明确计算了 Z → γψ 和 Z → γϒ 衰变中的角分布。
• 研究表明，Z → γψ 和 Z → γϒ 衰变模式在高能对撞机上未来实验观测中具有可行性。
• 求和规则方法为估算涉及胶子和虚光子的稀有 Z 玻色子衰变提供了一致的框架。