[論文レビュー] Amplitude analysis of $B^0 ightarrow \overline{D}^0 D_s^+ π^-$ and $B^+ ightarrow D^- D_s^+ π^+$ decays

LHCb collaboration, Aaij, R.+1070 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 2

ひとこと要約

本論文は、√s = 7, 8, 13 TeVのpp衝突からのLHCbデータ9 fb⁻¹を用いて、B⁰ → D̄⁰Dₛ⁺π⁻およびB⁺ → D⁻Dₛ⁺π⁺の崩壊における最初の振幅解析を提示する。アイソスピン対称性の下で個別および同時にフィットを行うことで、Dₛπ最終状態において2.9 GeV付近に二重に帯電したスピン0のオープンcharm四クォーク状態候補およびその中性子パートナーを同定し、DₛπチャンネルにおけるExoticハドロン状態の強い証拠を提供する。

ABSTRACT

Resonant contributions in $B^0 ightarrow \overline{D}^0 D^+_sπ^-$ and $B^+ ightarrow D^- D^+_sπ^+$ decays are determined with an amplitude analysis, which is performed both separately and simultaneously, where in the latter case isospin symmetry between the decays is assumed. The analysis is based on data collected by the LHCb detector in proton-proton collisions at center-of-mass energies of 7, 8 and 13 $ m{TeV}$. The full data sample corresponds to an integrated luminosity of 9 $ m fb^{-1}$. A doubly charged spin-0 open-charm tetraquark candidate together with a neutral partner, both with masses near $2.9\, m{GeV}$, are observed in the $D_sπ$ decay channel.

研究の動機と目的

• 本研究の目的は、振幅解析を用いてB⁰ → D̄⁰Dₛ⁺π⁻およびB⁺ → D⁻Dₛ⁺π⁺崩壊における共鳴的寄与を同定することである。
• 本研究は、これらの崩壊における荷電および中性のDπ共鳴状態の間のアイソスピン対称性を検証することを目的としている。
• 本研究は、DₛπおよびDDₛ⁺最終状態におけるExoticハドロン、特にオープンcharmテトラクォークの存在を調査することを目的としている。
• 本分析は、励起DメソンおよびX(5568)やZcs状態を含む新たな共鳴状態の性質を特定することを目的としている。

提案手法

• 振幅解析は、B⁰およびB⁺崩壊間のアイソスピン対称性を仮定した同時フィットフレームワークを用いて実施された。
• 3つのフィット状況が用いられた：各崩壊モードごとの個別フィット、Dπ共鳴パラメータを共有する同時Dπフィット、およびDₛπおよびDDₛ⁺共鳴状態を含む完全な同時フィット。
• 本分析は、√s = 7, 8, 13 TeVで取得されたLHCbデータの9 fb⁻¹の統合した放射線量を用いた。
• 信号およびバックグラウンドの生成率は、ダリッツプロット分布に対する非バッチド拡張最大尤度フィットにより決定された。
• フィットには、Dπ、Dₛπ、およびDDₛ⁺共鳴状態の部分波振幅が含まれており、共鳴状態にはブレイト・ウィグナー形式が使用された。
• 系統的不確実性は、信号およびバックグラウンドモデル、効率補正、およびフィット設定の変更によって評価された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 B⁰ → D̄⁰Dₛ⁺π⁻およびB⁺ → D⁻Dₛ⁺π⁺崩壊のDₛπ最終状態において、2.9 GeV付近に二重に帯電したテトラクォーク状態の証拠が観測されるか？
• RQ2 2つの崩壊モードにおけるDπ共鳴状態は、アイソスピン対称性の予測と整合的か？
• RQ3 Tc¯s0(2900)状態はDₛπチャンネルにおいてどのような重要性を持ち、フィット品質を改善するか？
• RQ4 DDₛ⁺最終状態には、Zcs(3985)やZcs(4000)などのExotic状態と整合する共鳴的寄与が存在するか？
• RQ5 ダリッツプロットにおける部分波振幅および干渉パターンは、新しい共鳴的構造の存在をどのように支持するか？

主な発見

• Dₛπ崩壊チャンネルにおいて、スピン0のオープンcharmテトラクォーク状態候補およびその中性子パートナーが観測され、両者とも質量が2.9 GeV付近に位置する。
• Tc¯s0(2900)状態は、B⁰およびB⁺崩壊モードの両方でフィット品質を顕著に改善することが判明した。
• 振幅解析により、Dπ最終状態における共鳴的寄与が強く示唆され、D∗(2460)やD∗(2600)などの既知のD∗∗状態と整合的であることが判明した。
• 同時Dπフィットでは、アイソスピン対称性の仮定の下で、荷電および中性の崩壊モード間に良好な整合性が確認された。
• ダリッツプロット分布のモーメント解析により、M²(Dπ)およびM²(Dₛπ)に8次までの構造が確認され、新たな共鳴状態の存在を支持する。
• 信号効率およびバックグラウンドモデルは、広範なコントロールスタディにより検証され、主要パラメータの系統的不確実性は5%未満であった。