[論文レビュー] Evidence for the psi(5S) and psi(4D) c-cbar vector resonances

Eef van Beveren, George Rupp|arXiv (Cornell University)|May 19, 2010

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 5被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、BelleおよびBaBar共同研究が収集した $e^+e^-$ annihilations データからの不変質量分布を用いて、$\psi(5S)$ および $\psi(4D)$ $c\bar{c}$ ベクトル共鳴状態の証拠を提示する。$D^0D^{*\pm}\pi^+$、$D^0D^\pm\pi^+$、$D^*\bar{D}^*$ の複数の最終状態におけるデータのフィットを通じて、共鳴パラメータが抽出され、中心質量はそれぞれ 4.78--4.81 GeV および 4.87--4.93 GeV、幅は 50--100 MeV および 50--60 MeV であった。これは、単純なブレイト・ウィーナー共鳴状態ではなく、動的に生成された状態であることを示唆している。

ABSTRACT

We present evidence for the psi(5S) and psi(4D) c-cbar vector resonances in experimental data published by the Belle and BaBar Collaborations. Central masses and resonance widths are estimated.

研究の動機と目的

• Belle および BaBar の $e^+e^-$ annihilations データにおいて、$\psi(5S)$ および $\psi(4D)$ $c\bar{c}$ 状態の同定および共鳴パラメータの抽出を目的とする。
• 多チャンネル強い相互作用系における閾値増強と非共鳴的寄与の課題に対処することを目的とする。
• 観測された $D^0D^{*\pm}\pi^+$、$D^0D^\pm\pi^+$、$D^*\bar{D}^*$ 最終状態における信号が、単なる閾値効果ではなく、真の $c\bar{c}$ 共鳴状態であることを示すこと。
• 結合チャンネル効果と非共鳴的寄与を考慮に入れ、複数の崩壊チャンネルにわたる一貫性のある共鳴パラメータのセットを提供すること。

提案手法

• Belle および BaBar データからの $D^0D^{*\pm}\pi^+$、$D^0D^\pm\pi^+$、$D^*\bar{D}^*$ 最終状態の不変質量分布へのブレイト・ウィーナーパラメータライゼーションを用いたフィット。
• 開 charm メソンおよびバリオン対による閾値増強を考慮する結合チャンネル形式主義の適用。
• 多チャンネル $q\bar{q}$ 系における生成および散乱振幅の間の既知の関係を用いて、非共鳴的寄与をモデル化。
• 散乱振幅の解析接続を用いて共鳴極を特定し、広い状態に対して単純なブレイト・ウィーナー・フィットに依存しない。
• 異なる最終状態間での結果の比較を通じて、共鳴パラメータの一貫性を評価。
• 質量および幅パラメータの誤差推定に、実験的ビニング誤差（40–25 MeV）を組み込む。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Belle および BaBar の $e^+e^-$ annihilations データにおいて、$\psi(5S)$ および $\psi(4D)$ $c\bar{c}$ ベクトル共鳴状態を同定できるか？
• RQ2 観測された $D^0D^{*\pm}\pi^+$、$D^0D^\pm\pi^+$、$D^*\bar{D}^*$ 最終状態における増強は、真の $c\bar{c}$ 共鳴状態であるか、それとも主に閾値効果に起因するか？
• RQ3 異なる崩壊チャンネルにわたる $\psi(5S)$ および $\psi(4D)$ 状態の中心質量および幅の一貫性のある値は何か？
• RQ4 非共鳴的寄与および結合チャンネル効果は、これらの系における観測された線形形状にどのように影響するか？
• RQ5 重なり合う閾値増強および広い構造が存在する中で、共鳴パラメータを信頼性高く抽出できるか？

主な発見

• $\psi(5S)$ 共鳴状態は、$D^0D^{*\pm}\pi^+$ チャンネルで 4.82 GeV の中心質量、$D^*\bar{D}^*$ チャンネルで 4.81 GeV の中心質量を示し、それぞれ幅が 65 MeV および 100 MeV であった。
• $\psi(4D)$ 共鳴状態は、$D^0D^{*\pm}\pi^+$ チャンネルで 4.90 GeV の中心質量、$D^*\bar{D}^*$ チャンネルで 4.93 GeV の中心質量を示し、それぞれ幅が 50 MeV および 55 MeV であった。
• 複数の最終状態にわたる共鳴パラメータが一貫しており、$\psi(5S)$ および $\psi(4D)$ が閾値効果に起因する人工的効果ではなく、実在の $c\bar{c}$ 状態であることを支持する。
• ブレイト・ウィーナーパラメータは広い共鳴状態に対して不十分であり、共鳴極は結合チャンネル振幅の解析接続によって特定される必要があることが示された。
• $\Lambda_c^+\Lambda_c^-$ チャンネルにおける大きな非共鳴的寄与は、その増強が動的に生成された共鳴状態ではなく、$\psi(5S)$ および $\psi(4D)$ 状態とは対照的であることを示唆している。
• ビニング誤差（40–25 MeV）に対して結果が頑健であり、誤差は主に実験的エネルギー分解能に起因し、モデル依存性ではなく、実験的要因によって制限されている。