近日,中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所理論物理室賈宇課題組及合作者在B工廠上雙
產(chǎn)生過程的精確預(yù)言方面取得重要進(jìn)展。首次在非相對(duì)論性量子色動(dòng)力學(xué)(NRQCD)框架下計(jì)算了該過程的雙圈QCD修正，為未來Belle 2實(shí)驗(yàn)尋找該稀有產(chǎn)生過程提供了重要的理論參考。該成果于10月18日發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》(Phys. Rev. Lett.131.161904 (2023) )。
B工廠上雙粲偶素遍舉產(chǎn)生過程是研究微擾QCD和非微擾QCD如何交織的理想平臺(tái)，是QCD領(lǐng)域近二十年來的熱點(diǎn)研究方向之一。e+ e-→
過程具有極其干凈的實(shí)驗(yàn)信號(hào), 但至今尚未被探測(cè)到。早期美國(guó)學(xué)者給出的領(lǐng)頭階預(yù)言展示其截面相當(dāng)可觀。2008年高能所龔斌和王建雄研究員計(jì)算了此過程的次領(lǐng)頭階QCD修正，發(fā)現(xiàn)單圈修正很大且為負(fù)，從而被認(rèn)為一定程度上解釋了實(shí)驗(yàn)上為什么沒有探測(cè)到此過程。
賈宇課題組及合作者首次計(jì)算了此過程的次次領(lǐng)頭階微擾修正。通過對(duì)潛在因子化破壞的雙圈圖的紅外極點(diǎn)的分析，驗(yàn)證了NRQCD因子化在雙圈水平以非平庸的方式成立。另外，他們發(fā)現(xiàn)雙圈修正為負(fù)且比單圈修正還重要，預(yù)示著傳統(tǒng)的NRQCD方法對(duì)此過程喪失了預(yù)言能力 (圖1和表1)。
作者發(fā)現(xiàn)雙光子獨(dú)立碎裂產(chǎn)生雙
的高階費(fèi)曼圖是導(dǎo)致微擾不收斂的主要原因。他們的改進(jìn)方案是將微擾固定階的振幅以規(guī)范不變的方式分解為碎裂 及非碎裂部分。對(duì)于前者，采用實(shí)驗(yàn)上精確測(cè)量的
輕子衰變寬度作為輸入?yún)?shù)，等價(jià)于將碎裂部分對(duì)應(yīng)的所有階微擾修正重求和，從而有效規(guī)避了微擾不收斂性困難；對(duì)于后者則通過傳統(tǒng)的NRQCD因子化方法計(jì)算。研究表明優(yōu)化后的NRQCD預(yù)言的微擾收斂性變得很好。作者給出了迄今為止最為精確的角分布及總截面的預(yù)言(圖1和表1)。結(jié)論是未來超級(jí)B工廠上有希望觀測(cè)到此過程。
該工作涉及6條外腿的雙圈費(fèi)曼圖計(jì)算，是當(dāng)前量子場(chǎng)論微擾修正領(lǐng)域最具挑戰(zhàn)的課題之一。該工作被兩位審稿人譽(yù)為“theoretical milestone”和“heroic calculation”。
論文作者是西南大學(xué)的桑文龍教授，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)的馮鋒副教授，賈宇研究員及高能所博士研究生莫哲文、潘濟(jì)陳、張佳玥。該工作受到國(guó)家自然科學(xué)基金委的杰出青年基金及中德合作基金資助。
圖1：e+ e-→
過程的
角分布。左圖是傳統(tǒng)的NRQCD預(yù)言，右圖是優(yōu)化的NRQCD預(yù)言。
表1：e+ e-→
過程的積分截面。第二行是傳統(tǒng)的NRQCD預(yù)言，第一行是優(yōu)化的NRQCD預(yù)言。
成果鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.161904
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