Semileptonic and nonleptonic weak decays of $$\psi (1S,2S)$$ and $$\eta _{c}(1S,2S)$$ to $$D_{(s)}$$ in the covariant light-front approach

Abstract

Abstract In addition to the strong and electromagnetic decay modes, the $$\psi (1S,2S)$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>ψ</mml:mi> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:mi>S</mml:mi> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mn>2</mml:mn> <mml:mi>S</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> </mml:math> and $$\eta _{c}(1S,2S)$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>η</mml:mi> <mml:mi>c</mml:mi> </mml:msub> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:mi>S</mml:mi> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mn>2</mml:mn> <mml:mi>S</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:math> can also decay via the weak interaction. Such weak decays can be detected by the high-luminosity heavy-flavor experiments. At present, some of the semileptonic and nonleptonic $$J/\Psi $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>J</mml:mi> <mml:mo>/</mml:mo> <mml:mi>Ψ</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math> weak decays have been measured at BESIII. Researching for these charmonium weak decays to $$D_{(s)}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msub> <mml:mi>D</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mi>s</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> meson can provide a platform to check of the standard model (SM) and probe new physics (NP). So we investigate the semileptonic and nonleptonic weak decays of $$\psi (1S,2S)$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>ψ</mml:mi> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:mi>S</mml:mi> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mn>2</mml:mn> <mml:mi>S</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> </mml:math> and $$\eta _{c}(1S,2S)$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>η</mml:mi> <mml:mi>c</mml:mi> </mml:msub> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:mi>S</mml:mi> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mn>2</mml:mn> <mml:mi>S</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:math> to $$D_{(s)}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msub> <mml:mi>D</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mi>s</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> within the covariant light-front quark model (CLFQM). With form factors of the transitions $$\psi (1S,2S)\rightarrow D_{(s)}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>ψ</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:mi>S</mml:mi> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mn>2</mml:mn> <mml:mi>S</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>D</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mi>s</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> and $$\eta _{c}(1S,2S)\rightarrow D_{(s)}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>η</mml:mi> <mml:mi>c</mml:mi> </mml:msub> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:mi>S</mml:mi> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mn>2</mml:mn> <mml:mi>S</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>D</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mi>s</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> calculated under the CLFQM, we predict and discuss some physical observables, such as the branching ratios, the longitudinal polarizations $$f_{L}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msub> <mml:mi>f</mml:mi> <mml:mi>L</mml:mi> </mml:msub> </mml:math> and the forward–backward asymmetries $$A_{FB}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msub> <mml:mi>A</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mi>FB</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> . One can find that the Cabibbo-favored semi-leptonic decay channels $$\psi (1\,S,2\,S)\rightarrow D_{s}^{-}\ell ^{+}\nu _{\ell }$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>ψ</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:mspace/> <mml:mi>S</mml:mi> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mn>2</mml:mn> <mml:mspace/> <mml:mi>S</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mi>D</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mi>s</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> </mml:msubsup> <mml:msup> <mml:mi>ℓ</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:msub> <mml:mi>ν</mml:mi> <mml:mi>ℓ</mml:mi> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> with $$\ell =e,\mu $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>ℓ</mml:mi> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mi>e</mml:mi> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mi>μ</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math> and the nonleptonic decay modes $$\psi (1S,2S)\rightarrow D_{s}^{-}\rho ^{+}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>ψ</mml:mi>

Topics & Concepts