[论文解读] To the nature of $\chi_{c2}(2P)$

N. N. Achasov, X. S. Kang|arXiv (Cornell University)|Jul 16, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 4被引用 1

一句话总结

本文利用非相对论量子色动力学和PDG、BaBar、Belle的实验数据，预测了χc2(2P)粲偶素态的两胶子衰变分支比。估算结果为BR(χc2(2P) → 2g) ≈ 6.5% ± 2.0%，表明在BESIII等超B工厂中可探测到该信号，对理解该态的强子衰变结构具有重要意义。

ABSTRACT

We expect that $BR(\chi_{c2}(2P) o gluon\, gluon)\gtrsim 2 \%$ if Particle Data Group as well as BaBar and Belle collaboration correctly identified the state. In reality, this branching ratio corresponds to the one for $\chi_{c2}(2P)$ decaying to the light hadrons. We also discuss the detection possibilities of these decays.

研究动机与目标

• 确定χc2(2P)衰变为两个胶子（2g）的分支比，这是尚未测量的关键强子衰变模式。
• 评估在BESIII及其他超B工厂中探测χc2(2P)两胶子衰变的可行性。
• 通过与已确立的χc2(1P)态的衰变性质比较，阐明χc2(2P)的本质。
• 通过估算主导的两胶子衰变贡献，解决强子衰变谱中的模糊性。

提出的方法

• 利用非相对论量子色动力学推导的粲偶素态中两光子与两胶子宽度之比，结合已知分支比。
• 应用已知的χc2(1P) → 2g宽度Γ(χc2(1P) → 2g) ≈ 1.56 MeV（由其宽度和BR(γJ/ψ) = 19.2%推断），估算χc2(2P)的2g宽度。
• 结合Belle和BaBar测量的γγ → D̄D截面数据，约束BR(χc2(2P) → γγ) × BR(χc2(2P) → D̄D) ≈ 0.21 keV。
• 基于与χc2(1P)的比较及D̄D*通道可能的贡献，估算Γ(χc2(2P) → γγ) ≈ 0.5 ± 0.2 keV。
• 应用来自χc2(1P)的通用比值Γ(2γ)/Γ(2g) ≈ 3.39 × 10⁻⁴至χc2(2P)，假设其动力学行为相似。
• 通过包含瞬子效应的重夸克势模型验证估算结果，其结果与预测一致。

实验结果

研究问题

• RQ1 在已知的χc2(2P)性质和标准粲偶素衰变模式下，其两胶子衰变的分支比是多少？
• RQ2 χc2(2P)的两胶子衰变模式是否可在BESIII或其他超B工厂中实验探测到？
• RQ3 考虑到质量差异和径向波函数效应，χc2(2P)的两胶子宽度与χc2(1P)相比如何？
• RQ4 χc2(2P)的强子衰变道在多大程度上与χc2(1P)相似，特别是在两胶子末态方面？
• RQ5 对于像χc2(2P)这样的径向激发态，假设其Γ(2γ)/Γ(2g)比值与粲偶素态相似是否合理？

主要发现

• 基于χc2(1P)的外推和实验数据，估算χc2(2P) → 2g的分支比为6.5% ± 2.0%。
• 预测两胶子衰变宽度约为1.56 MeV，与考虑γJ/ψ衰变后的χc2(1P)宽度一致。
• BR(χc2(2P) → γγ) × BR(χc2(2P) → D̄D)被约束在≈0.21 keV，与Belle和BaBar测量结果一致。
• 该估算得到包含瞬子效应的重夸克势模型支持，其结果相近。
• 本文结论认为，通过e⁺e⁻ → ψ(4040) → γχc2(2P)过程，BESIII可探测χc2(2P)的两胶子衰变，且末态中可重建两个D介子。
• 结果表明，若该态被正确识别，则χc2(2P)的强子衰变宽度主要由两胶子末态主导，且BR(χc2(2P) → 2g) > 2%。