[論文レビュー] Evidence for a Zb0(10610) in Dalitz analysis of Y(5S) -> Y(nS) pi0 pi0

I. Adachi, T. Kuhr+324 more|arXiv (Cornell University)|Jul 18, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 12

ひとこと要約

この論文は、Belle実験のデータを用いたΥ(5S) → Υ(2S)π⁰π⁰崩壊のダリッチプロット解析を通じて、中性のボトニウム共鳴状態Z⁰_b(10610)の証拠を提示する。信号の有意水準は5.3σ（モデルおよび系境的不確実性を含むと4.9σ）であり、測定された質量は10609⁺⁸₋₆±6 MeV/c²で、電荷を帯びたZ±_b(10610)状態と整合的である。一方、Z⁰_b(10650)の有意な証拠は得られなかった。

ABSTRACT

We report the first observation of Y(5S) -> Y(1,2S) pi0 pi0 decays. Evidence for the Zb0(10610) with 4.9sigma significance is found in a Dalitz plot analysis of Y(5S) -> Y(2S) pi0 pi0 decays. The results are obtained with a 121.4 fb^-1 data sample collected with the Belle detector at the Y(5S) resonance at the KEKB asymmetric-energy e+e- collider.

研究の動機と目的

• Belle検出器がKEK Bファクトリーで収集した121 fb⁻¹の統合流量を用いて、Υ(5S)崩壊からのΥ(2S)π⁰π⁰最終状態における狭い共鳴状態の探索をダリッチプロット解析によって行う。
• 予測された電荷を帯びたZ±_b(10610)状態の電中性パートナーとしての、中性Z⁰_b(10610)共鳴状態の存在と性質を特定すること。
• モデルおよび系境的不確実性を考慮した上で、Z⁰_b(10610)共鳴状態の有意水準と質量を決定すること。
• 観測された共鳴状態がアイソスピン対称性とΥ(5S) → Υ(nS)π⁺π⁻崩壊からの予想される分岐比と整合的であるかを検証すること。
• 現在のデータサンプルサイズとエネルギー分解能を考慮して、Z⁰_b(10650)状態が観測可能かどうかを評価すること。

提案手法

• KEK BファクトリーでBelle検出器が収集した121 fb⁻¹の統合流量を用いて、Υ(5S) → Υ(2S)π⁰π⁰崩壊のダリッチプロット解析を実施する。
• ダリッチプロット分布にバッチド最大尤度フィットを適用し、Z⁰_b(10610)共鳴状態を相対論的ブライト＝ヴイナー振幅でモデル化する。
• 非共鳴状態のπ⁰π⁰振幅とf₀(980)スカラー共鳴状態を、干渉効果を含む動的振幅モデルで記述する。
• 有意水準へのシステムティック効果を評価するため、解像度パrameterを4–8 MeV/c²の範囲で変化させた修正された検出器解像度関数を適用する。
• 代替の振幅モデル（f₀(980)を含まないモデル、追加のσ(600)共鳴状態を含むモデル）をフィットすることで、モデル不確実性を評価する。
• 有意水準の計算にプロファイル尤度比検定を用い、システムティックおよびモデル不確実性を誤差伝搬法で取り込む。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Υ(5S)崩壊のΥ(2S)π⁰π⁰最終状態に、中性ボトニウム共鳴状態Z⁰_b(10610)が存在するか？
• RQ2 Z⁰_b(10610)共鳴状態の有意水準と質量は何か？また、電荷を帯びたZ±_b(10610)状態と比較するとどうなるか？
• RQ3 観測された信号はアイソスピン対称性と、Υ(5S) → Υ(nS)π⁺π⁻崩壊からの予想される分岐比と整合的か？
• RQ4 このデータサンプルではZ⁰_b(10650)共鳴状態が観測可能か、それとも統計的サンプルサイズが不十分か？
• RQ5 非共鳴状態およびスカラー中間子振幅のパラメータ化に依存するモデル仮定が、有意水準および質量決定にどのように影響するか？

主な発見

• Z⁰_b(10610)共鳴状態の信号は、Υ(2S)π⁰π⁰最終状態で5.3σの統計的有意水準で観測された。
• モデルおよびシステムティック不確実性を含めた場合、Z⁰_b(10610)信号の有意水準は4.9σとなった。
• Z⁰_b(10610)の測定された質量は10609⁺⁸₋₆±6 MeV/c²であり、電荷を帯びたZ±_b(10610)状態と整合的である。
• Υ(5S) → Υ(2S)π⁰π⁰の分岐比は(3.66 ± 0.22 ± 0.48) × 10⁻³として測定され、Υ(5S) → Υ(nS)π⁺π⁻崩壊からのアイソスピンスケーリングと整合的である。
• Υ(1S)π⁰π⁰またはΥ(2S)π⁰π⁰最終状態の両方において、Z⁰_b(10650)共鳴状態の有意な信号は得られなかったが、統計的サンプルサイズの制限のため、否定はされていない。
• モデル不確実性は、代替の振幅モデルへのフィットにより推定され、f₀(980)寄与を含まないモデルで最も低い有意水準（4.9σ）が得られた。