【摘 要】
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重夸克偶素系统包含多个能量标度,既有微扰标度也有非微扰标度,因此是研究量子色动力学（QCD）的理想平台。夸克模型预言了各种量子数的重夸克偶素,多数基态偶素已经被实验发现。但D波重夸克偶素ηc2/ηb2(其2s+1LJ量子数为~1D2)尚未被实验探测发现。对该类粒子的各种产生和衰变方式进行研究,并找出有利于探测的模式将有利于实验搜寻。虽然ηc2的质量大于两倍的D介子质量,但由于量子数的限制,其总衰变
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重夸克偶素系统包含多个能量标度,既有微扰标度也有非微扰标度,因此是研究量子色动力学（QCD）的理想平台。夸克模型预言了各种量子数的重夸克偶素,多数基态偶素已经被实验发现。但D波重夸克偶素ηc2/ηb2(其2s+1LJ量子数为~1D2)尚未被实验探测发现。对该类粒子的各种产生和衰变方式进行研究,并找出有利于探测的模式将有利于实验搜寻。虽然ηc2的质量大于两倍的D介子质量,但由于量子数的限制,其总衰变宽度相对比较小。利用非相对论量子色动力学（NRQCD）因子化定理,论文对ηc2/ηb2电磁衰变到双光子过程进行了深入研究。通过洛伦兹协变性、宇称守恒、全同粒子对称性以及光子的横向条件要求,论文将该过程的衰变振幅分解成了数个形式因子与洛伦兹张量的乘积,然后通过螺旋度投影得到过程的螺旋度振幅。根据NRQCD因子化定理,这些螺旋度振幅可以展开成微扰系数与非微扰矩阵元的乘积。而微扰的短程系数可以按照强耦合常数进行展开,并逐阶计算。论文解析计算了领头阶及次领头阶的短程系数,并数值获得了次次领头阶的短程系数。我们的计算首次检验了NRQCD因子化定理在两圈图阶对D波偶素电磁衰变依然有效。另外分析发现,该过程的次领头阶和次次领头阶辐射修正不是特别大而且都是负的,但联合两阶修正,衰变宽度会被极大的压低。通过合理选择长程矩阵元以及重夸克的质量,论文得到了衰变宽度的理论预言,并给出了相应的理论误差。最终我们发现Γ(ηc2→γγ)≈2.4eV,Γ(ηb2→γγ)≈0.012eV。通过文献中的计算和分析,我们可以近似得到ηc2/ηb2的总衰变宽度。进一步论文还预言了该类粒子衰变到双光子过程的总分值比Br(ηc2→γγ)≈5 × 10-6,Br(ηb2 → ≈ 4 × 10-7。为了研究ηc2/ηb2在对撞机上的探测潜力,论文还计算了ηc2/ηb2在B工厂以及在LHC上的产生截面。论文计算了 B工厂上ηc2伴随光子产生的散射截面为1.5fb。考虑到目前B工厂的亮度,产生ηc2的事例数将非常的少,再考虑ηc2到双光子的分值比,B工厂上很难探测到该粒子。即使考虑未来日本的超级B工厂,ηc2也很难通过双光子过程来进行探测。此外,论文还考虑了LHC上ηc2/ηb2的产生截面,通过适当的运动学截断条件,我们发现LHCb上ηc2的产生截面为2-50nb（依赖于横向动量截断条件）,ηb2的产生截面为1-22pb。保守考虑LHCb的积分亮度为10fb-1,将会有107-108个ηc2及104-105个ηb2粒子产生,因此LHC是探测ηc2/ηb2粒子的绝好平台。如果通过双光子末态来进行构建,保守估计将会有数百个ηc2事例,因此实验上非常有希望探测到该衰变道,另一方面对于ηb2来说,很难通过双光子末态来进行重建,需要通过别得衰变末态来进行探测。
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