Warum ist das Muster der vollen Zerfallsbreiten von Υ(1S)–(2S)–(3S)Υ(1S)–(2S)–(3S)\Ypsilon(1S)–(2S)–(3S)-Mesonen invertiert?

Ypsilon-Mesonen sind gebundene Zustände von b-Quark und anti-b-Quark, von J P C = 1 – – . Die ersten drei Zustände befinden sich darunter B B ¯ Schwelle, so dass sie entweder über OZI-unterdrückte starke Übergänge zu leichten Hadronen oder über elektromagnetische Übergänge (Dilepton-Zerfälle usw.) zerfallen . Bemerkenswerterweise können sie auch in niedrigere Bottomonium-Zustände zerfallen, zum Beispiel Υ ( 2 S ) verfallen kann Υ ( 1 S ) π π .

Anscheinend ist bei diesen Zuständen nichts anders, außer dass sich mit zunehmender Masse mehr Zerfallskanäle öffnen. Daher würde ich naiverweise erwarten, dass der erste Zustand, Υ ( 1 S ) , sollte die schmalste von allen sein (mit anderen Worten, sollte die längste Lebensdauer haben), während die Breite der Υ ( 2 S ) sollte größer sein, und das der Υ ( 3 S ) wieder größer.

Diese Annahme scheint jedoch den experimentellen Daten der PDG zu widersprechen :

Partikel Masse (MeV) Volle Breite (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

Die Zustände mit höherer Masse werden also tatsächlich enger , was kontraintuitiv aussieht! Diese Kontroverse fehlt im Charmoniumsystem:

Partikel Masse (MeV) Volle Breite (keV)
J / ψ ( 1 S ) 3096,900±0,006 92,9 ± 2,8
ψ ( 2 S ) 3686,10 ± 0,06 294±8

wobei der zweite Zustand wie erwartet breiter ist als der erste Zustand. (Der dritte ist über dem D D ¯ Schwelle so nutzlos für diese Diskussion.)

Frage : Was ist der Grund für dieses invertierte Verhalten des Ypsilon-Systems?

Meine Hypothese griff auf die OZI-Regel zurück und sagte voraus, dass Mesonen mit höherer Masse in Gluonen mit höherer Energie vernichten würden, die am Ende eine niedrigere laufende Kopplungskonstante haben würden a S (Der allgemeine Trend, dass Ypsilons schmaler als die Psi sind, könnte auch in diese Richtung weisen). Dies würde jedoch nicht erklären, warum der Effekt im Charmoniumsystem fehlt; und warum das Vorhandensein von Zerfällen zu senken B B ¯ Resonanzen kompensieren diesen Effekt nicht.

[Ich habe versucht, nach Artikeln zu diesem Thema zu suchen, fand aber nur Diskussionen über die Zerfallsbreite des Dielektrons (nicht die vollständige) oder über die höheren Zustände darüber B B ¯ Schwelle.]

Antworten (1)

Die Gesamtbreite zu betrachten halte ich für irreführend, da die Aufteilung in Teilbreiten ganz anders ist.

Eine Sache zum Vergleichen ist die 3 G Breite (im Grunde die gesamte hadronische Breite). Laut PDG

Γ ( ψ ( 2 S ) , 3 G ) = 299 k e v ⋅ 10 % = 30 k e v
Γ ( J / ψ ( 1 S ) , 3 G ) = 93 k e v ⋅ 66 % = 60 k e v
Das gleiche Muster ist in Ypsilon-Staaten zu sehen
Γ ( Υ ( 3 S ) , 3 G ) = 20 k e v ⋅ 36 % = 7.2 k e v
Γ ( Υ ( 2 S ) , 3 G ) = 32 k e v ⋅ 59 % = 19.2 k e v
Γ ( Υ ( 1 S ) , 3 G ) = 54 k e v ⋅ ? % = ?
Ich bin mir nicht sicher, warum PDG nicht versucht, a zu geben 3 G Breite für die 1 S Ypsilon. Die Ergebnisse scheinen mit der perturbativen Schätzung übereinzustimmen Γ ∼ a S 3 | ψ N ( 0 ) | 2 von denen wir erwarten, dass sie für größere kleiner sind N weil die Wellenfunktion am Ursprung kleiner ist.

Was erhöht die Summe ψ ( 2 S ) Breite ist ein großes Verzweigungsverhältnis in J / ψ ( π π ) . Dies ist eine andere Art von Zerfall, der durch einen nicht-perturbativen QCD-Multipolübergang bestimmt wird. Es gibt einige Theorien für diese Übergänge, siehe zum Beispiel hier . Ich bin kein Experte, aber es macht für mich Sinn, dass die entsprechenden Matrixelemente in der Größe größer wären J / ψ im Vergleich zu den Υ .

Danke! Könnten Sie bitte das Argument "Wir erwarten, dass wir für größere 𝑛 kleiner sind, weil die Wellenfunktion am Ursprung kleiner ist" erläutern?
Höhere radiale Wellenfunktionen sind ausgedehnter, daher ist die Wellenfunktion am Ursprung kleiner. Für das Coulomb-Problem ψ N ( 0 ) | 2 finden sich in QM-Lehrbüchern.
Warum ist das Muster der vollen Zerfallsbreiten von Υ(1S)–(2S)–(3S)Υ(1S)–(2S)–(3S)\Ypsilon(1S)–(2S)–(3S)-Mesonen invertiert?
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