[論文レビュー] An alternative parametrization of the pion form factor and the mass and width of rho(770)

P. Lichard, Martin Vojik|ArXiv.org|Nov 13, 2006

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、単一減算分散関係から導かれる運動質量に基づく新しいパイオン形式因子のパラメータ化を提案し、ρ(770)メソンの質量と幅のより信頼性の高い決定を可能にする。CMD-2、SND、KLOEのデータにこの手法を適用したところ、広く用いられているGounaris-Sakuraiパラメータ化が、形式因子の解析的構造を正しく反映していないため、質量を過大評価しているのに対し、本手法では光生成およびハドロン反応と整合する著しく低いρ(770)質量値が得られる。

ABSTRACT

In order to reveal possible mass shifts of the vector mesons in a dense strongly interacting medium presumably created in high energy heavy ion collisions it is necessary to know their free masses reliably. The rho(770) mass quoted in the last two editions of the Review of Particle Physics is significantly larger than the values quoted in previous editions. The new value is mostly influenced by the results of recent experiments CMD-2 and SND at the VEPP-2M e+e- collider at Novosibirsk. We show that the values of the mass and width of the rho(770) meson measured in the e+e- -> pi+pi- annihilation depend crucially on the parametrization used for the pion form factor. We propose a parametrization of the rho(770) contribution to the pion form factor based on the running mass calculated from a single-subtracted dispersion relation and compare it with the parametrization based on the formula of Gounaris and Sakurai used recently by the CMD-2 collaboration. We show that our parametrization gives equally good or better fits when applied to the data of the CMD-2, SND, and KLOE collaborations, but yields much smaller values of the rho(770) mass, consistent with the photoproduction and hadronic reactions results. Our fit to the KLOE data becomes exceptionally excellent (confidence level of 99.88%) if an energy shift of about 2 MeV in the rho-omega region is allowed.

研究の動機と目的

• e+e−対消滅で測定されたρ(770)質量と、光生成およびハドロン反応で測定された質量との間の長年の不一致を解消すること。
• パイオン形式因子のパラメータ化の選択が、ρ(770)共鳴パラメータ抽出における系統的誤差を統計的不確実性を上回る程度に及ぼすことを示すこと。
• 単一減算分散関係から得られる運動質量に基づく代替パラメータ化を提案し、独立した実験的入力とより整合性を保つようにすること。
• 広く用いられているGounaris-Sakuraiパラメータ化が、形式因子の解析的構造について非物理的な仮定を含むため、ρ(770)質量を過大評価していることを示すこと。
• 現在のPDG平均値が、実験的誤差だけでなくパラメータ化依存性によって系統的にバイアスされている可能性があるという警告を発すること。

提案手法

• 単一減算分散関係から得られる運動質量を用いて、ρ(770)がパイオン形式因子に寄与する部分の新しいパラメータ化を導出する。
• 定常幅を仮定し、運動量依存の形式因子や物質中効果を無視するGounaris-Sakurai式と比較する。
• CMD-2、SND、KLOEのデータに両パラメータ化を用いてグローバルフィットを行い、赤池情報基準（AIC）および信頼度を用いてフィットの良さを評価する。
• KLOEフィットにおいて、ρ–ω領域で約2 MeVのエネルギーシフトを許容することで、99.88%の信頼度を達成した。
• 解析的性質とユニタリティ制約を用いて、パラメータ化が形式因子の複素解析的構造（非物理的シート上の極を含む）を正しく反映することを保証する。
• 既存のモデルや実験的平均値との比較を通じて手法の妥当性を検証し、PDG値における不整合を強調する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜe+e−対消滅実験では、光生成およびハドロン反応よりも高いρ(770)質量が報告されるのか？
• RQ2 パイオン形式因子のパラメータ化の選択が、ρ(770)質量および幅抽出における系統的誤差にどの程度の影響を及ぼすのか？
• RQ3 運動質量を用いた分散関係に基づくパラメータ化は、異なる実験的手法間でρ(770)パラメータをより良く一致させることができるか？
• RQ4 Gounaris-Sakurai式における非物理的な仮定が、フィットされた共鳴パラメータにどのような影響を及ぼすのか？
• RQ5 2004年以降のPDG平均値の観察された不一致は、実験的不適合性ではなく、パラメータ化バイアスに起因しているのだろうか？

主な発見

• 提案された分散関係に基づくパラメータ化は、PDG平均値よりも著しく低いρ(770)質量値をもたらし、光生成およびハドロンデータと整合的である。
• KLOEデータへのフィットにおいて、ρ–ω領域で約2 MeVのエネルギーシフトを許容した場合、99.88%の信頼度に達し、良好な一致を示している。
• Gounaris-Sakuraiパラメータ化は、運動量依存の形式因子や解析的構造を正しく反映していないため、ρ(770)質量を系統的に過大評価している。
• 新しいパラメータ化は、Gounaris-Sakurai式よりも少ない仮定で、CMD-2、SND、KLOEのデータに同等またはより良いフィットを達成している。
• 2004年以降のPDG平均値の不一致は、実験的誤差ではなく、パラメータ化バイアスに起因している可能性が高く、新しい手法により異なるチャンネルのデータが整合的になる。
• 本論文は、形式因子フィットからの共鳴パラメータにおけるパラメータ化に起因する系統的誤差が、これまで認識されていたよりも大きいことを結論づけ、共鳴パラメータの解釈にあたっては注意を喚起する。