近物所研究S波底介子的隱底雙Pion衰變取得系列成果

　　中科院近代物理研究所核理論組科研人員新近系統研究了S波底介子的隱底雙pion衰變過程，提出了5S的隱底雙Pion衰變過程的衰變機制，取得了系列成果。

　　研究發現，在這些衰變過程中，除了直接衰變過程的貢獻外，還有末態相互作用的貢獻以及首次提出的初態單Pion出射機制。利用這三種機制的干涉效應，能夠很好地解釋實驗測到的雙Pion不變質量譜的分布和角分布。

　　實驗觀測到的5S到1S和2S的隱底雙Pion衰變過程的衰變寬度，比期望值高大約兩個數量級。為了解釋這種物理現象，研究人員提出，在5S的隱底雙pion衰變過程中，除了直接衰變的貢獻以外，末態相互作用的貢獻同樣非常重要。通過利用這兩種貢獻的干涉效應，研究人員擬合了5S到1S的隱底雙Pion衰變過程的雙Pion不變質量譜的分布和角分布，擬合結果與實驗測量結果基本一致（如圖1所示）。對5S到2S的隱底雙Pion衰變過程，研究人員擬合得到的雙Pion不變質量譜的分布與實驗結果相符合，但是角分布卻與實驗結果完全相反（如圖2所示）。

　　最近，Belle實驗組在研究5S到低激發的S波和P波隱底雙pion衰變過程時，通過低激發的S波和P波與Pion的不變質量譜，發現了兩個峰結構。根據他們的質量，分別命名為Zb（10610）和Zb（10650）。近物所研究人員在仔細研究Belle的實驗結果后，認為在5S到2S的隱底雙Pion衰變過程中，通過Zb（10610）和Zb（10650）的級聯衰變過程應該同樣會有貢獻。加入這種級聯衰變的貢獻后，理論計算能夠同時很好地擬合雙Pion不變質量譜的分布、2S和Pion不變質量譜的分布以及角分布（如圖（3）所示）。該理論計算為Zb（10610）和Zb（10650）這兩個峰結構的存在提供了另外的證據。

　　對于Belle實驗組觀測到的Zb（10610）和Zb（10650）這兩個奇特的結果，近物所科研人員在仔細研究5S的衰變行為后，首次提出在5S的隱底雙Pion衰變過程中，存在一種新的衰變機制，即初態單Pion出射機制，其唯像描述如圖（4）所示。通過這種新的衰變機制計算得到的低激發的S波或P波和Pion的不變質量譜分布出現了峰結構，與實驗上測到的峰結構完全對應（如圖（5）所示）。

　　如果初態單Pion出射機制是一種普適的機制，那么類似的衰變過程中應該觀測到同樣的峰結構。科研人員將這種新的衰變機制推廣應用到Υ（11020）以及高激發的璨偶素或者類璨偶素的衰變過程中，同樣預言了一些類似的峰結構，與CLEO-c實驗組初步測量的結果相一致，并得到Belle實驗組相關測量的進一步驗證。

　　這項研究的系列成果分別發表在：Physical Review D84 034032(2011)；Physical Review D84 074006(2011)；Physical Review D84 074016(2011)；Physical Review D84 074032(2011)；Physical Review D84 094003(2011)。

　　文章鏈接：

　　http://prd.aps.org/abstract/PRD/v84/i9/e094003

　　http://prd.aps.org/abstract/PRD/v84/i7/e074032

　　http://prd.aps.org/abstract/PRD/v84/i7/e074016

　　http://prd.aps.org/abstract/PRD/v84/i7/e074006

　　http://prd.aps.org/abstract/PRD/v84/i3/e034032

圖1. 對γ(5S)→γ(1S)π+π-過程雙Pion不變質量譜和角分布的擬合。

圖2. 對γ(5S)→γ(2S)π+π-過程雙Pion不變質量譜和角分布的擬合。

圖3. 在考慮了通過Zb（10610）和Zb（10650）的級聯衰變過程后， 對γ(5S)→γ(2S)π+π-過程雙Pion不變質量譜、γ(2S)π的不變質量譜和角分布的擬合。

圖4. 初態單Pion出射機制的唯像描述。左圖為夸克層次上的描述，右圖為強子層次上的描述。

圖5. 在初態單Pion出射機制下計算得到的γ(5S)→γ(nS)π+π-（n=1,2,3）的γ(nS)π+的不變質量譜。