¿Por qué el charmonium (y los mesones phi) no se descomponen mediante la aniquilación de quarks y antiquarks?

La descomposición de los pares de quarks/antiquarks pesados ​​(digamos C C ¯ , s s ¯ ) supuestamente está 'suprimido debido a la regla Zweig/OZI', véase, por ejemplo, Phi meson .

Y ciertamente tienen una vida útil más larga de lo esperado. Sin embargo, la supresión de Zweig solo entra en juego porque

  • a) Esperamos que estos mesones se descompongan en otros mesones

  • b) Para los estados de baja masa (p. ej., el estado fundamental de charmonium) no es cinemáticamente posible que se desintegre en otros mesones con quark ac, por lo que J/psi no decaería en mesones D a través de la interacción débil. En cambio, se descompondría en piones por la regla de Zweig.

Mi pregunta es: ¿por qué no consideramos simplemente la aniquilación del quark y el antiquark, ya sea a un gluón y la subsiguiente producción de un par de quarks (digamos a un up, antiup que sería cinemáticamente favorable y conservaría el momento angular y la paridad) o la misma vía un fotón a leptones o quarks?

EDITAR: Una gran respuesta explicó que la aniquilación de un gluón es imposible porque no conserva el color. Sin embargo, acabo de ver diagramas de Feynman en google:ingrese la descripción de la imagen aquí

¡que tiene este proceso exacto ocurriendo! Y también tiene un gluón libre (en el diagrama final) que no es posible para un gluón incoloro, es decir, ¿uno que realmente interactúa/existe?

En cuanto a los diagramas en la edición, la diferencia con el par quark antiquark en el phi o charmonium es que pueden llevar cualquier color para equilibrar el color del intercambio. Es cuando están unidos en un hadrón incoloro que el conteo de colores es restrictivo. ver hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Forces/feyns.html
Según la regla de Zweig, ¿se suprime la descomposición de J/Psi en tres piones?

Respuestas (1)

Eso es más o menos lo que hacemos, excepto...

La aniquilación a través de un fotón es electromagnética en lugar de fuerte, por lo que se trata de una supresión.

La aniquilación a través de un solo gluón no puede ocurrir porque el gluón tiene una carga color+anticolor, mientras que el mesón inicial es incoloro. El gluón tiene que tener una carga como rojo-antiazul y no se puede hacer eso a partir de un par de quark-antiquark rojo-antirojo.

Si aniquila a través de dos gluones, puede equilibrar las cargas de color, pero no la propiedad de conjugación de carga. Esto es impar (C=-1) para el gluón y, por lo tanto, par (C=+1) para dos gluones.

Así que la aniquilación tiene que realizarse a través de 3 gluones. Eso significa que la tasa de decaimiento es proporcional a α s 6 . A pesar de α s no es tan pequeño como α mi metro , los poderes adicionales siguen siendo suficientes para suprimir la descomposición, particularmente para partículas de alta masa ( Υ y ψ en vez de ϕ ) donde el funcionamiento de α s lo hace aún más pequeño.

Muchas gracias por tu clara respuesta. Me preguntaba si podría explicar las imágenes que encontré en Google que parecen mostrar este proceso de aniquilación de quarks a gluones, dentro del contexto de su respuesta. ¡Muchas gracias!
Estos muestran la producción de t y t ¯ quarks que tienen diferentes colores. (Podría ser cualquier sabor a quark, no tiene que ser t .) Estos diagramas son parte de una imagen más grande que incluirá la hadronización de los quarks producidos, lo que involucra muchas interacciones de gluones de modo que terminan como mesones o bariones incoloros. Estas interacciones ocurren a escalas de baja energía, por lo que α s es largo.
Los gluones en las imágenes de la línea inferior también son solo parte de una imagen: el escenario completo mostraría dos protones incoloros como r − gramo − b quarks de colores interactuando y produciendo gluones de colores, dos de los cuales son los que se muestran
La aniquilación a través de un solo gluón no puede ocurrir porque el gluón tiene una carga color+anticolor, mientras que el mesón inicial es incoloro. ¿No está esto también prohibido simplemente por la conservación de la energía-momento? Si aniquila a través de dos gluones, puede hacer que las cargas de color se equilibren, pero no la paridad + momento angular. ¿Podría explicar más acerca de por qué es esto? Los dos gluones, cada uno con espín intrínseco 1, pueden acoplarse para formar espín 0, 1 o 2 (o también valores más altos, incluido el momento angular orbital). Si la paridad es negativa, ¿por qué los gluones no pueden estar en una + ⊗ − ¿estado?
Estos son procesos virtuales, por lo que las leyes de conservación de la energía y el momento pueden violarse en partes de la imagen, siempre que se mantengan en general: el gluón (o gluones) intermedio está fuera de la cáscara.
El proceso de estado de 2 gluones en realidad está prohibido por la conjugación de carga (mi mal, editaré), el gluón, como el fotón y el ψ , tiene paridad C negativa, por lo que una combinación de 2 gluones tiene C=+1, y la interacción fuerte conserva C. (Incluso en procesos virtuales)
¿Por qué el charmonium (y los mesones phi) no se descomponen mediante la aniquilación de quarks y antiquarks?
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