Paired charmonium and bottomonium production in rare exclusive decays of Z boson
本文利用相对论夸克模型构建衰变振幅，并计算包含与不包含相对论修正的衰变宽度，研究了Z玻色子向成对的粲偶素和底偶素态进行的罕见排他性衰变。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是对下方论文的AI生成解释。它不是由作者撰写或认可的。如需技术准确性，请参阅原始论文。 阅读完整免责声明
在亚原子世界的深处，被称为夸克的粒子很少单独旅行。它们被强相互作用力束缚在一起，这种强大的“胶水”防止它们孤立存在，从而形成了被称为强子（hadrons）的复合粒子。在这些强子中，最著名的是介子，它由一个夸克及其反物质伙伴——反夸克组成。当这些伙伴非常重时（例如粲夸克或底夸克），它们会形成稳定的、奇异的原子，称为夸克偶素（quarkonia）。科学家研究这些粒子的产生与湮灭过程，以测试宇宙的基本规则，特别是作为所有已知物质和力的总蓝图的标准模型。虽然最近许多注意力集中在希格斯玻色子上，但另一种被称为Z玻色子的重粒子则提供了一个独特的实验室。Z玻色子是弱相互作用力的载体，当它衰变时，偶尔会将能量分裂成这些重夸克-反夸克束缚态对。精确了解这种情况发生的频率以及通过哪些特定路径发生，可以使物理学家探测其理论的极限，并在细节中寻找隐藏的新物理学。
来自俄罗斯萨马拉大学的一个研究小组对这些稀有事件进行了更深入的研究，特别关注了Z玻色子衰变过程中成对的粲偶素和底偶素介子的产生。在他们的研究中，他们调查了单个Z玻色子如何同时转化为两个重介子的特定机制。这并非一个简单的过程；它涉及复杂的相互作用，即Z玻子的初始能量被转化为夸克和反夸克，随后它们再结合在一起。研究人员检查了这种现象发生的三种不同方式。第一种涉及胶子的交换，胶子是携带强相互作用力的粒子。第二种涉及光子的交换，光子是光和电磁学的粒子。第三种更为复杂的路径涉及与希格斯玻色子的临时连接。通过计算每种路径的概率，该团队旨在确定哪种机制在过程中占主导地位，以及夸克运动的速度如何影响结果。
他们工作的一个关键方面是超越简单的静态计算，将相对论效应纳入其中。在重夸克的世界里，这些粒子以接近光速的比例运动，这意味着标准的非相对论物理学不够精确。研究人员使用了一种先进的相对论性夸克模型，以解释这些夸克并非静止的点，而是相对于彼此进行着持续且快速的运动。他们发现，忽略这些相对论效应会导致预测这些衰变发生频率时出现显著误差。当他们计入夸克的高速运动以及它们的内部波函数随运动而变化的方式时，预测速率发生了明显偏移。例如，在产生一对底偶素介子的案例中，计入这些相对论细节后，计算出的概率与较简单的非相对论估计值相比，变化了近三倍。
研究表明，在Z玻色子衰变为一对介子的各种方式中，涉及光子交换的机制是对混合矢量-伪标量对（如 J/Ψ + ηc 或 Υ + ηb）总速率最显著的贡献者。然而，对于相同的矢量介子对（如 Υ + Υ），胶子交换机制实际上提供了主导性的贡献，因为光子介导的过程在这种特定的构型中受到了抑制。研究人员还观察了一种涉及W玻色子的更奇异的回路机制，W玻子是另一种弱相互作用力的载体，但发现这一路径受到严重抑制，对总速率的贡献微乎其微。他们的计算提供了这些稀有衰变发生的具体概率数值，为未来的实验提供了精确的目标。例如，他们计算出Z玻色子衰变为一对J/psi介子（一种粲偶素）的概率大约为百亿分之一，而衰变为一对Upsilon介子（一种底偶素）的概率略高，尽管仍然极其罕见。
这些发现之所以重要，是因为它们完善了实验学家在大型强子对撞机及未来电子-正电子对撞机等设施中用于寻找这些事件的理论预测。研究人员强调，要获得可靠的预测，不能简单地将夸克视为慢速运动的粒子；其运动的相对论性质是至关重要的。他们的工作还凸显了当引入相对论效应时，衰变振幅的结构会发生根本性的变化，即在简单模型中消失的一些项在完整的图景中变得显著。虽然目前的结果是基于既定模型的理论计算，但它们为下一代实验提供了必要的指南。通过提供这些稀有衰变的更准确地图，这项研究帮助物理学家在理论与观测之间的缝隙中，区分标准行为与可能出现的新的、未发现的粒子或力的迹象。
您所在领域的论文太多了？
获取与您研究关键词匹配的最新论文每日摘要——附技术摘要，使用您的语言。