[論文レビュー] Charm hadron spectroscopy with ZEUS

Uri Karshon|arXiv (Cornell University)|Jul 1, 2004

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、1995–2000年のZEUSデータ126.5 pb⁻¹を用いて、励起したcharm中間子およびcharm五価子状態の探索を実施している。$D^{*\pm}$の識別には、$D^{*+} \to D^0\pi_S^+$および$D^0 \to K^-\pi^+$の崩壊を用い、$D_1^0(2420)$、$D_2^{*0}(2460)$、$D_{s1}^\pm(2536)$状態の確認に成功した。また、励起した$D^{*\prime\pm}(2637)$状態の証拠は得られず、3.1 GeVにおけるcharm五価子$ heta_c^0$が$D^{*\pm}p^\mp$に崩壊する branching fraction に対して<1%の厳密な上限が設定された。これは、以前のH1の主張と矛盾する。

ABSTRACT

Neutral orbitally excited P-wave charm mesons have been reconstructed in the D*+-pi-+ final state and the charm-strange meson D+-s1(2536) was found in the D*+-K0s final state. A search for radially excited charm mesons in the D*+-pi+pi- final state has also been performed. A search for a charm pentaquark state near 3.1 GeV was made in the decay mode D*+-p-+. Using more than 40,000 reconstructed D* mesons, no resonance structure was observed.

研究の動機と目的

• 励起した$D^{*\prime\pm}$を含む、$D^{*\pm}\pi^{+}\pi^{-}$崩壊モードを通じた励起したcharm中間子の探索。
• 理論的予測および2004年のH1共同研究の主張に裏付けられた、charm五価子$\theta_c^0$の$D^{*\pm}p^\mp$最終状態における探索。
• 高統計的$D^{*\pm}$サンプルを用いて、既知のP波charm状態（$D_1^0(2420)$、$D_2^{*0}(2460)$、$D_{s1}^\pm(2536)$）の存在と性質の確認。
• 3.1 GeVにおける仮想のcharm五価子状態から生じる$D^{*\pm}$メソンの割合に対する厳密な上限の設定。これはH1の結果との矛盾を解消する。

提案手法

• 質量差$\Delta M = M(K\pi\pi_S) - M(K\pi)$を用いて、$D^{*+} \to D^0\pi_S^+ \to (K^-\pi^+)\pi_S^+$の崩壊チェーンを通じ、$D^{*\pm}$候補を高純度で同定。
• 未規定の尤度フィットを用いて共鳴状態信号を抽出。信号形状は、ブレイト・ウィグナー分布とガウス型エネルギー分解能関数の畳み込み、および$J^P = 1^+$および$2^+$状態のスピン・アモルビトニティをモデル化。
• $K^0_S \to \pi^+\pi^-$の頂点再構築と$V^0$検出アルゴリズムを用いて、$D_{s1}^\pm(2536)$の再構築に必要な$K^0_S$候補を特定。
• 低運動量領域（$P<1.35$ GeV）および高運動量領域（$P>2$ GeV）の2つの範囲で、$dE/dx$と運動量のカットを用いて陽子識別を実施。ピオンおよびカイオンの背景を抑制するため、最適化された$dE/dx$バンドを適用。
• 系統的チェックとして、$dE/dx$のしきい値を変更、$D_1^0$および$D_2^{*0}$の反射を除去、H1の選択基準に一致させるなどして、信号の安定性を検証。
• モンテカルロシミュレーションを用いて全位相空間に外挿し、95%信頼水準での上限を導出。$f(c\to D^{*\prime+}) \cdot B_{D^{*\prime+}\to D^{*+}\pi^+\pi^-} < 0.7\%$。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 DELPHIが観測した$D^{*\prime\pm}(2637)$状態が、ZEUSデータの$D^{*\pm}\pi^+\pi^-$最終状態に現れるか？
• RQ2 3.1 GeVにおける$M(D^{*\pm}p^\mp)$スペクトルに、charm五価子$\theta_c^0$に一致する狭い共鳴状態の証拠はあるか？
• RQ3 仮想の$\theta_c^0$状態が$D^{*\pm}p^\mp$に崩壊する場合、$D^{*\pm}$メソンのうちその寄与割合の上限は何か？
• RQ4 既知のP波charm状態（$D_1^0(2420)$、$D_{s1}^\pm(2536)$）の性質は、PDGの値および理論的期待と整合的か？

主な発見

• $D^{*\pm}\pi^{\mp}$最終状態において、$D_1^0(2420)$および$D_2^{*0}(2460)$状態がそれぞれ526±65および203±60個の再構築イベントで観測された。
• $D^{*\pm}\pi^{\mp}\pi^{\mp}$最終状態において、2398.1±2.1 MeV（統計的誤差）に狭いエネルギー増幅が観測されたが、干渉や統計的ゆらぎの可能性があるため、その有意性は不明確である。
• $D_{s1}^\pm(2536)$状態は62.3±9.3個の再構築イベントで確認され、質量は2534.2±0.6±0.5 MeVで、PDG値と整合的であった。
• $D_{s1}^\pm(2536)$のスピン状態分析から、$R = -0.53±0.32$（統計的誤差）±0.05（系統的誤差）が得られ、$J^P = 1^+$または$1^-$と整合的であったが、明確に区別はできなかった。
• 励起した$D^{*\prime\pm}(2637)$状態は、$D^{*\pm}\pi^+\pi^-$最終状態で証拠を得られず、95%信頼水準での上限は$f(c\to D^{*\prime+}) \cdot B_{D^{*\prime+}\to D^{*+}\pi^+\pi^-} < 0.7\%$であった。
• 3.1 GeVにおけるcharm五価子$\theta_c^0$が$D^{*\pm}p^\mp$に崩壊する場合、$D^{*\pm}$生成率への寄与は1%未満であると結論づけられ、H1共同研究の以前の主張と矛盾する。