¿Por qué el charmonio (y los mesones phi) no decaen por aniquilación de quarks y antiquarks?

Question

La desintegración de pares quark/antiquark pesados (por ejemplo $c\bar{c}$ , $s\bar{s}$ ) está supuestamente "suprimida a causa de la regla Zweig/OZI", véase por ejemplo Mesón Phi .

Y ciertamente tienen una vida útil más larga de lo esperado. Sin embargo, la supresión de Zweig sólo entra en juego porque

• a) Esperamos que estos mesones decaigan en otros mesones

• b) Para los estados de baja masa (por ejemplo, el estado básico del charmonio) no es posible cinemáticamente que decaiga en otros mesones con un quark c, de ahí que no se obtenga que J/psi decaiga en mesones D a través de la interacción débil. En cambio, decaería en piones por la regla de Zweig.

Mi pregunta es: ¿por qué no consideramos simplemente la aniquilación del quark y el antiquark, ya sea a un gluón y posterior producción de pares de quarks (digamos a un up, antiup que sería cinemáticamente favorable y conservaría el momento angular y la paridad) o lo mismo a través de un fotón a leptones o quarks?

EDITAR: Una gran respuesta explicó que la aniquilación a un gluón es imposible porque no conserva el color. Sin embargo, acabo de ver los diagramas de Feynman en Google:

¡que tiene este proceso exacto ocurriendo! Y además tiene un gluón libre (en el diagrama final), lo que no es posible para un gluón no incoloro, es decir, que interactúa/existe realmente

Answer 1

Eso es más o menos lo que hacemos, excepto...

La aniquilación mediante un fotón es electromagnética y no fuerte, por lo que se trata de una supresión.

La aniquilación mediante un solo gluón no puede ocurrir porque el gluón tiene una carga de color+anticolor, mientras que el mesón inicial es incoloro. El gluón tiene que tener una carga como rojo-antiazul y no se puede hacer eso a partir de un par quark-antiquark rojo.

Si aniquilas a través de dos gluones puedes hacer que las cargas de color se equilibren - pero no la propiedad de conjugación de cargas. Esto es impar (C=-1) para el gluón, y por tanto par (C=+1) para dos gluones.

Así que la aniquilación tiene que tener lugar a través de 3 gluones. Esto significa que la tasa de desintegración es proporcional a $\alpha_s^6$ . Aunque $\alpha_s$ no es tan pequeño como $\alpha_{em}$ las potencias adicionales siguen siendo suficientes para suprimir la desintegración, especialmente en el caso de las partículas de gran masa ( $\Upsilon$ y $\psi$ en lugar de $\phi$ ) donde el funcionamiento de $\alpha_s$ lo hace aún más pequeño.