[論文レビュー] Analysis of the decay $D^0 ightarrow K_{S}^{0} K^{+} K^{-}$

BESIII Collaboration, F. De Mori+484 more|arXiv (Cornell University)|Jun 4, 2020

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、BESIII実験のデータを用いたダリーツプロット断面積解析により、$D^0 \to K_S^0 K^+ K^-$崩壊の絶対分岐率測定を初めて報告する。測定された分岐率は$(4.51 \pm 0.05_{\text{stat}} \pm 0.16_{\text{sys}}) \times 10^{-3}$であり、量子もつれを考慮したモデルで、$a_0(980)$、$\phi(1020)$、$a_2(1320)$などの共鳴状態を含む。また、モデルの不確実性のため、二重でカビボ・抑制された状態の上限値も報告している。

ABSTRACT

Using a data sample of $2.93~fb^{-1}$ of $e^+e^-$ collisions collected at $\sqrt{s}=3.773 GeV$ in the BESIII experiment, we perform an analysis of the decay $D^0 ightarrow K_{S}^{0} K^{+} K^{-}$. The Dalitz plot is analyzed using $1856\pm 45$ flavor-tagged signal decays. We find that the Dalitz plot is well described by a set of six resonances: $a_0(980)^0$, $a_0(980)^+$, $ϕ(1020)$, $a_2(1320)^+$, $a_2(1320)^-$ and $a_0(1450)^-$. Their magnitudes, phases and fit fractions are determined as well as the coupling of $a_0(980)$ to $K\bar{K}$, $g_{K\bar{K}}=3.77\pm 0.24 ext{(stat.)}\pm0.35 ext{(sys.)} GeV$. The branching fraction of the decay $D^0 ightarrow K_{S}^{0} K^{+} K^{-}$ is measured using $11660\pm 118$ untagged signal decays to be $(4.51\pm 0.05 ext{(stat.)}\pm 0.16 ext{(sys.)})10^{-3}$. Both measurements are limited by their systematic uncertainties.

研究の動機と目的

• $D^0 \to K_S^0 K^+ K^-$崩壊の絶対分岐率を高精度で測定すること。
• ダリーツプロット断面積解析を実施し、共鳴寄与を特定し、崩壊ダイナミクスをモデル化すること。
• パrameter抽出の正確性を確保するため、$D^0$と$\bar{D}^0$間の量子もつれ効果を断面積モデルに組み込むこと。
• 共鳴状態（$a_0(980)$、$a_2(1320)$、$a_0(1450)$など）の有意性とフィット分率を評価し、モデルの制限に起因する場合には上限値を報告すること。
• 以前の測定結果と比較し、共鳴モデルの精緻化ともつれ補正を用いることで不確実性を低減すること。

提案手法

• BESIII実験のデータを用いて、$D^0 \to K_S^0 K^+ K^-$崩壊のダリーツプロット断面積解析を実施する。
• 断面積モデルには、$a_0(980)^0$、$a_0(980)^+$、$\phi(1020)$、$a_2(1320)^\pm$、$a_0(1450)^\pm$などの共鳴状態を含み、パラメータは位相空間分布へのフィットによって制約される。
• $D^0$と$\bar{D}^0$間の量子もつれ効果は、$D^0 \to K^+ \pi^-$崩壊からの断面積比パラメータを用いてモデルに組み込み、モデル依存性を考慮した不確実性伝搬を実施する。
• 信号yieldと分岐率は、もつれ効果を補正したダリーツプロット分布に対する尤度関数フィットを用いて抽出する。
• 系統的不確実性は、断面積モデル、共鳴パラメータ、もつれ仮定の変更を用いて評価され、比較のため簡略化された「可視的」共鳴モデルも使用される。
• 最終的な分岐率は統計的不確実性と系統的不確実性を併記して報告され、$a_2(1320)^{-}$ や $a_0(1450)^{-}$ のような有意性が低い状態については上限値が提示される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $D^0 \to K_S^0 K^+ K^-$崩壊の絶対分岐率は何か？ そして、どの程度の精度で測定できるか？
• RQ2 どの共鳴状態がダリーツプロット分布に顕著に寄与しているか？ そのフィット分率と有意性は何か？
• RQ3 $D^0$と$\bar{D}^0$間の量子もつれ効果は、断面積モデルと抽出された分岐率にどのように影響するか？
• RQ4 なぜ二重カビボ・抑制状態である$a_2(1320)^{-}$と$a_0(1450)^{-}$は有意性が低く、これはモデルの信頼性にどのような含意を持つのか？
• RQ5 共鳴モデルの選択が最終的な分岐率と系統的不確実性に与える影響は何か？

主な発見

• 絶対分岐率は$(4.51 \pm 0.05_{\text{stat}} \pm 0.16_{\text{sys}}) \times 10^{-3}$と測定され、これはこの崩壊の最初の絶対測定である。
• $a_0(980)$の$K\bar{K}$への結合定数は$g_{K\bar{K}} = (3.77 \pm 0.24 \pm 0.35)\,\text{GeV}^{-1}$と測定され、不確実性内では以前の測定と整合的である。
• $a_2(1320)^{+}$、$a_2(1320)^{-}$、$a_0(1450)^{-}$の合計統計的有意度は$5.9\sigma$であるが、個々のフィット分率は小さく、アイソスピン同伴状態の有意度は$2.1\sigma$未満であるため、上限値が報告された。
• $a_0(980)^0$および$a_0(980)^+$共鳴状態は顕著な寄与を示し、$a_0(980)^0$のフィット分率は$K\bar{K}$への結合に期待される値と整合的である。
• $a_0(980)^0$、$a_0(980)^+$、$\phi(1020)$を「可視的」共鳴として含むモデルは一貫性のある結果をもたらし、分析のモデル依存性に対するロバストネスを裏付けた。
• 二重カビボ・抑制状態が適切に記述されない位相空間領域では、モデルのアーティファクトが顕在化する可能性があるため、その寄与の解釈には注意が必要である。