¿Por qué está invertido el patrón de anchos de decaimiento completos de los mesones Υ(1S)–(2S)–(3S)Υ(1S)–(2S)–(3S)\Upsilon(1S)–(2S)–(3S)?

Los mesones Upsilon son estados ligados de b-quark y anti-b-quark, de j PAG C = 1 – – . Los tres primeros estados se encuentran debajo B B ¯ umbral para que decaigan a través de transiciones fuertes suprimidas por OZI a hadrones de luz, o mediante transiciones electromagnéticas (desintegraciones de dileptones, etc.). En particular, también pueden decaer a estados inferiores de bottomonio, por ejemplo, Υ ( 2 S ) puede decaer a Υ ( 1 S ) π π .

Aparentemente, no hay nada que sea diferente para estos estados, excepto que a medida que aumenta su masa, se abren más canales de descomposición. Por lo tanto, ingenuamente, esperaría que el primer estado, Υ ( 1 S ) , debe ser el más estrecho de todos ellos (en otras palabras, debe tener la vida útil más larga), mientras que el ancho de la Υ ( 2 S ) debería ser más grande, y la del Υ ( 3 S ) más grande de nuevo.

Esta suposición, sin embargo, parece contradecir los datos experimentales del PDG :

Partícula Masa (MeV) Ancho total (keV)
Υ ( 1 S ) 9460,30±0,26 54,02±1,25
Υ ( 2 S ) 10023,26±0,31 31,98±2,63
Υ ( 3 S ) 10355.2±0.5 20,32±1,85

Entonces, los estados de mayor masa en realidad se vuelven más estrechos , ¡lo que parece contrario a la intuición! Esta controversia está ausente en el sistema charmonium:

Partícula Masa (MeV) Ancho total (keV)
j / ψ ( 1 S ) 3096.900±0.006 92,9±2,8
ψ ( 2 S ) 3686,10±0,06 294±8

donde el segundo estado es más ancho que el primer estado, como se esperaba. (El tercero está por encima del D D ¯ umbral tan inútil para esta discusión.)

Pregunta : ¿Cuál es la razón de tal comportamiento invertido del sistema Upsilon?

Mi hipótesis se basaba en la regla OZI, prediciendo que los mesones de mayor masa se aniquilarían en gluones de mayor energía, que terminarían teniendo una constante de acoplamiento de funcionamiento más baja. α s (La tendencia general de que los Upsilons son más estrechos que los Psi también podría apuntar en esta dirección). Sin embargo, esto no explicaría por qué el efecto está ausente en el sistema charmonium; y por qué la presencia de caries para bajar b b ¯ resonancias no compensa ese efecto.

[Traté de buscar documentos sobre el tema, pero solo encontré discusiones sobre el ancho de decaimiento de dielectrones (no el completo), o de los estados superiores por encima del B B ¯ límite.]

Respuestas (1)

Creo que es engañoso mirar el ancho total, porque el desglose en anchos parciales es bastante diferente.

Una cosa para comparar es el 3 gramo ancho (básicamente el ancho hadrónico total). Según PDG

Γ ( ψ ( 2 s ) , 3 gramo ) = 299 k mi V ⋅ 10 % = 30 k mi V
Γ ( j / ψ ( 1 s ) , 3 gramo ) = 93 k mi V ⋅ 66 % = 60 k mi V
El mismo patrón se observa en los estados de Upsilon
Γ ( Υ ( 3 s ) , 3 gramo ) = 20 k mi V ⋅ 36 % = 7.2 k mi V
Γ ( Υ ( 2 s ) , 3 gramo ) = 32 k mi V ⋅ 59 % = 19.2 k mi V
Γ ( Υ ( 1 s ) , 3 gramo ) = 54 k mi V ⋅ ? % = ?
No estoy seguro de por qué PDG no intenta dar una 3 gramo ancho para el 1 s Upsilon. Los resultados parecen consistentes con la estimación perturbativa Γ ∼ α s 3 | ψ norte ( 0 ) | 2 que esperamos que sea más pequeño para más grande norte porque la función de onda en el origen es más pequeña.

lo que aumenta el total ψ ( 2 s ) el ancho es una gran relación de ramificación en j / ψ ( π π ) . Este es un tipo diferente de decaimiento, gobernado por una transición multipolar QCD no perturbativa. Hay alguna teoría para estas transiciones, ver, por ejemplo, aquí . No soy un experto, pero tiene sentido para mí que los elementos de matriz correspondientes serían más grandes en el j / ψ en comparación con el Υ .

¡Gracias! ¿Podría dar más detalles sobre el argumento "esperamos que sea más pequeño para 𝑛 más grande porque la función de onda en el origen es más pequeña"?
Las funciones de onda radiales más altas están más extendidas, por lo que la función de onda en el origen es más pequeña. Para el problema de Coulomb ψ norte ( 0 ) | 2 se puede encontrar en los libros de texto de QM.
¿Por qué está invertido el patrón de anchos de decaimiento completos de los mesones Υ(1S)–(2S)–(3S)Υ(1S)–(2S)–(3S)\Upsilon(1S)–(2S)–(3S)?
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