[论文解读] Two Photon Width of eta_c (paper version)

Nicola Fabiano, G. Pancheri|arXiv (Cornell University)|Apr 18, 2002

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 1被引用 9

一句话总结

本文使用势模型和NRQCD方法评估了$η_c$粲偶素态的双光子衰变宽度，结果与实验数据一致。通过库仑势估算出$η_b$的双光子宽度为$0.50 \pm 0.03$ keV，确认与LEP时代精度兼容，并支持底夸克偶素衰变的理论模型。

ABSTRACT

We discuss the measured partial width of the pseudoscalar charmonium state eta_c into two photons. Predictions from potential models are examined and compared with experimental values. Including radiative corrections, it is found that present measurements are compatible both with a QCD type potential and with a static Coulomb potential. The latter is then used to give an estimate on the eta_b decay into two photons. Results for eta_c are also compared with those from j/psi data through the NRQCD model.

研究动机与目标

• 使用更新的实验数据和理论模型重新评估$η_c$态的双光子衰变宽度。
• 检验QCD型和库仑型势模型与$η_c \to \gamma\gamma$实验测量结果的兼容性。
• 将同一理论框架扩展至底夸克偶素态$η_b$，进行理论预测。
• 比较势模型、NRQCD（BBL模型）以及$J/\psi$衰变数据的结果，评估一致性与不确定性。
• 为未来在$γ\gamma$对撞机上的实验搜索提供$η_b$双光子宽度的可靠估计。

提出的方法

• 使用势模型（Cornell型和Richardson型）计算波函数在原点的值，该值决定Born阶双光子宽度。
• 通过QCD修正对一阶衰变宽度施加辐射修正，引入$Q = 3.0$ GeV处的$\alpha_s$。
• 采用非相对论QCD（NRQCD）框架（BBL模型）利用从$J/\psi$衰变数据提取的长距离矩阵元计算衰变宽度。
• 使用真空饱和近似将四个未知的长距离系数简化为两个（$G_1$，$F_1$），适用于$J/\psi$和$\eta_c$态。
• 将理论预测与PDG给出的$\Gamma(\eta_c \to \gamma\gamma) = 7.4 \pm 1.4$ keV的世界平均值进行比较。
• 使用静态库仑势估算$\eta_b \to \gamma\gamma$宽度，并从$\eta_c$结果外推得到。

实验结果

研究问题

• RQ1 势模型对$\Gamma(\eta_c \to \gamma\gamma)$的预测是否与最新实验测量结果一致？
• RQ2 静态库仑势能否准确描述$\eta_c$的双光子衰变宽度？这对$\eta_b$有何启示？
• RQ3 基于NRQCD的预测（BBL模型）与势模型结果及实验数据相比如何？
• RQ4 使用$J/\psi$轻子衰变和强子衰变宽度作为$\eta_c$衰变预测的输入，会产生何种影响？
• RQ5 预测的$\Gamma(\eta_b \to \gamma\gamma)$是否在当前LEP数据精度范围内可探测？

主要发现

• 势模型对$\Gamma(\eta_c \to \gamma\gamma)$的预测为$7.6 \pm 1.5$ keV，与PDG世界平均值$7.4 \pm 1.4$ keV一致。
• 静态库仑势给出的$\Gamma(\eta_b \to \gamma\gamma)$预测为$0.50 \pm 0.03$ keV，处于LEP数据精度可探测范围内。
• BBL模型对$\Gamma(\eta_c \to \gamma\gamma)$的预测为$9.02 \pm 0.65 \pm 0.14$ keV，在$1\sigma$范围内与实验一致。
• BBL模型对$\Gamma(\eta_c \to \text{轻强子})$的预测为$14.38 \pm 1.07 \pm 1.43$ MeV，同样与数据一致。
• 势模型与BBL模型的理论预测在彼此之间以及与实验数据之间均表现出良好一致性。
• 采用$J/\psi \to e^+e^-$输入的单态图像与中心实验值一致，而$J/\psi \to \text{轻强子}$输入则显示出长期存在的偏差。