Рождение и распады тяжелых кваркониев

• Автор: Лучинский, Алексей Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Протвино
• Количество страниц: 69 с. : ил.

1 Введение

2 е+е--аннигиляция

2 1 е+е~ -* ИЯ

2.1.1 Вершины

2.1.2 Инклюзивное рождение векторного чармония

2.1.3 Численные результаты

2.2 е+е" —> УУ

2 3 Необходимость учета относительного движения кварков в мезонах

2.4 е+е- —* З/фРс

2 5 Возбужденные состояния

2.5.1 е+е~J/ф1lc,J/ф^2S)rtc,J/фт^c{‘2S),J/ф(2S)тJc^2S)

252 е+е" -* J/ф(S)X'Я, J|ф{2S)xьo
3 Распады '
31 X -► УУ
3 1.1 Общие формулы
3.1.2 Рождение пар рр, фф и фф
3.1.3 Хс0,2
3 2 хьо,2 -> фес
3 2.1 хьо,2 —> фес
3 2.2 Численные результаты и соотношение дуальности
4 Адронное рождение
4.1 Общие формулы
4.2 рр —> хь ФФ
4.3 рр —> Хь фОЙ
5 Заключение
А N11(200
В Разложение на световом конусе

Глава 1 Введение
Актуальность темы
Частицы со скрытым чармом (чармонии), то есть мезоны, которые в валентном приближении состоят из кварк-антикварковой пары (сс) всегда представляли интерес как с теоретической, так и с экспериментальной точек зрения.
Интерес экспериментаторов вызван тем, что это ширины этих частиц малы. Поэтому они с большой вероятностью распадающиеся на лептонные пары и многие из них легко выделяются на опыте. Например, ширина самого легкого из векторных чармониев ./ДЦ3100) составляет всего Гз/у ~ 90кэВ (для сравнения, ширина значительно более легкого /т-мезона Тр ~ 150 МэВ). Такая разница объясняется тем, что массы легких чармониев лежат ниже порога образования Л5-пары, а потому они могут распадаться только за счет аннигиляции валентных кварков. Такие распады запрещены правилом Цвейга [1] и подавлены константой сильного взаимодействия а|. Подавление адронных мод резко увеличивает относительные вероятности распада в лептонные каналы. Относительные вероятности этих процессов равняются В г (.//)/; —> е+е") и Вг~ 6%. Что касается р-мезона, то он, напротив, тяжелее пары 7г-мезонов, поэтому возможен разрешенный правилом Цвейга распад р —> ял и его полная ширина значительно больше полной ширины .//-г/ьмезона, а относительная вероятность лептонного распада Вг(р —> е+е_) ~ 4,5 • 10-5 существенно меньше, чем у J/'ф. Поскольку J/■ф-мeзou является узкой частицей, которая с большой вероятностью распадается на лептонную пару с хорошо определенной массой

mee ~ Mj/ÿzLT(J/ip —> e+e~) ее легко выделить в эксперименте — достаточно просто найти е+е~- или д+д“-пару с попадающей в этот интервал массой. Именно этот метод и используется на современных установках, например ВаВаг [2] или Belle [3]. Другие состояния можно наблюдать или по лептонному распаду в случае векторного ip(2S) (следующий векторный чармоний -0(3770) находится уже выше порога образования DD- пары и доминирующей модой для него будет -0(3770) —* DD), или по радиационным переходам (например, Хс 7 J/Ф)-
Теоретический интерес к чармониям связан с тем, что масса с-кварка тпс ~ 1.5 ГэВ велика по сравнению с масштабом квантовой хромодинамики Aqcd ~ 300 МэВ, а его скорость в мезоне v ~ Aqcd/fnc ~ 0.2 мала по сравнению со скоростью света, так что чармоний можно рассматривать как нерелятивистскую систему. Наличие этого малого параметра позволяет раскладывать интересующие нас величины в ряд по нему и часто достаточно ограничиться лишь первым членом этого ряда. В то же время константа сильного-взаимодействия на масштабах порядка массы с-кварка as{mc) ~ 0.3 -С 1, так что можно применять теорию возмущений. Таким образом, процессы с участием чармониев разделяются на два этапа — жесткую часть, требующую аннигиляции кварк-антикварковой пары (характерным масштабом этого процесса будет расстояние порядка « 1/тс и при его описании можно применять теорию возмущений) и последующую адронизацию продуктов аннигиляции, которая происходит на расстояниях порядка 1/Aqcd и при описании которой используется разложение по скорости кварка в мезоне v. То, что масштабы этих этапов сильно различаются, делает их практически независимыми друг от друга и существенно облегчает теоретическое описание. В 1986 году была предложена последовательная теория, которая использует разделение жестких процессов и адронизации — нерелятивистская квантовая хромодинамика (NRQOD) [4, 5]. Во многих случаях предсказания, сделанные в рамках NRQCD, хорошо согласуются с опытом.
Есть, однако, ряд процессов, для которых согласие между NRQCD и экспериментом отсутствует. Например, Коллаборация Belle исследовала парное рождение чармониев в электрон-позитронной аннигиляции при энергии л/s = 10.6 ГэВ и получила для сечения процесса е+е- —> Jj^rc нижнюю границу а(е+е~ —» J/0^c) > ЗОфбн [6]. Позднее тот же ре-

Решая с этими вероятностями уравнение (3.7), находим
5М = 0.75 ГэВ
для скалярного мезона и
Ш = 0.74 ГэВ
для тензорного. Близость этих значений говорит о непротиворечивости нашего рассмотрения.
При тсс > Мш кинематически разрешена адронизация кварк-антикварковой пары в ВГ). Мы будем предполагать, что такой переход происходит с 100% вероятностью и отождествлять в этой области реакции хьз —* фес и Хм фВВ. Вероятности этих распадов равняются, соответственно ДЛЯ Х60 и Х62
Вг&ьо^фОЙ) = 1.19-10"4,
Вг(хь2 фВВ) = 7.06 • 10-4.