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在B工厂能区,e-+e+→J/Ψ+ηc遍举过程的总截面,NRQCD最低阶理论计算结果比B工厂给出的实验数据小了将近一个数量级。随后的研究发现粲偶素中c-c之间的相对运动对计算结果有很大的影响。具体表现在:利用相对论性的光锥波函数描写J/Ψ和ηc可以得到与实验相符的结果;而在NRQCD框架下,只有考虑了高阶修正和相对论效应,理论结果才可能与实验数据比较接近。
本文用Bethe-Salpeter波函数描写JΨ和ηc两个束缚态,计算了e-+e+→J/Ψ+ηc遍举过程的总截面。主要目的是寻找一个较好的理论框架来研究粲偶素中c-c之间的相对运动对总截面的影响。由于Bethe-Salpeter波函数是建立在量子场论框架之下的完全相对论性的理论,因此包含了全部相对论效应。在该理论框架下,夸克可以是离壳的,因此与非相对论近似和光锥波函数理论框架不同,最低阶的费曼图是三角图(参见第一章图1.4)。这样在其它理论框架中出现的最低阶图对应于我们这个理论框架下的第三阶(从截面层次上讲)。
利用J/Ψ和ηc的Bethe-Salpeter波函数可以得出c-cJ/Ψ和c-cηc有效耦合顶点的具体表达式。由于J/Ψ和ηc自旋不同,相互作用顶点的Dirac结构也不同。相互作用顶点的完整Dirac形式由很多项组成,为方便计算,我们只选取其中领头阶的Dirac结构。
此时c-c的相对运动体现在Bethe-Salpeter波函数的标量部分中,表征相对运动动量分布宽度的参数为β。我们具体计算了总截面σ随β的变化。当β→0时,σ→0,该阶费曼图的贡献为零,与之前的研究一致。当β很大时,总截面变得非常小,我们的模型是稳定的。当β的取值在2和2.25之间时,σ可达到并且超过实验值。在σ取为实验值时,c-c的相对运动动量有很宽的分布,因此相对论效应非常显著。这表明,结合这类的产生过程深入研究粲偶素中c-c之间的相对运动具有重要的意义。