[論文レビュー] Experimental constraints on the possible J^PC quantum numbers of the X(3872)

K. Abe|arXiv (Cornell University)|May 14, 2005

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 37

ひとこと要約

この論文は、Belle実験における47個のX(3872) → π⁺π⁻J/ψ崩壊から得られる角度相関および不変質量分布を用いて、X(3872)のJ^PC量子数を制限している。J^PC = 0^{-+}および0^{++}の割り当ては除外され、すべてのJ^{-+}状態も強く除外され、残りの妥当な選択肢は1^{++}と2^{++}に限られ、角度分布およびγJ/ψ崩壊データにより1^{++}が強く支持されている。

ABSTRACT

We examine possible J^PC quantum number assignments for the X(3872). Angular correlations between final state particles in X(3872) --> pi+pi- J/psi decays are used to rule out J^PC values of 0++ and 0-+. The shape of the pi+pi- mass distribution near its upper kinematic limit favors S-wave over P-wave as the relative orbital angular momentum between the final-state dipion and J/psi, which strongly disfavors 1-+ and 2-+ assignments. The accumulated evidence strongly favors a J^PC = 1++ assignment for the X(3872), although the 2++ possibility is not ruled out by tests reported here. The analysis is based on a sample of X(3872) mesons produced via the exclusive process B --> K X(3872) in a 256 fb-1 data sample collected at the Upsilon(4S) resonance in the Belle detector at the KEKB collider.

研究の動機と目的

• Belle実験の実験データを用いて、X(3872)メソンのJ^PC量子数を特定すること。
• 角度相関およびπ⁺π⁻不変質量分布に基づいて、X(3872)がさまざまなJ^PC状態に割り当てられるかどうかを検証すること。
• 崩壊運動学およびバックグラウンドモデル化を用いて、特定の量子数割り当てを除外すること。
• γJ/ψ崩壊モードを踏まえた上で、1^{++}および2^{++}割り当てがデータと整合するかを評価すること。
• χ_{c1}'チャロンニウム状態や分子的D^0\bar{D}^{*0}状態とX(3872)がどの程度整合するかを評価すること。

提案手法

• BelleデータからX(3872) → π⁺π⁻J/ψの信号イベント47個を分析し、最終状態粒子間の角度相関を用いた。
• M(π⁺π⁻)分布をバックグラウンド関数と、S波およびP波π⁺π⁻最終状態の受容率補正付きBreit-Wigner線形形状でフィットした。
• S波（J^{++}）とP波（J^{-+}）のフィットをM(π⁺π⁻)分布に対して、χ²/ndfおよびp値（CL）を用いて比較した。
• X(3872) → γJ/ψ崩壊モードの制約を組み込み、測定された分岐比比が0.14 ± 0.05であることを考慮した。
• 理論的期待値としてのχ_{c1}'チャロンニウム状態およびD^0\bar{D}^{*0}分子状態の整合性をデータと照らし合わせた。
• D^0\bar{D}^0π^0崩壊におけるD波最終状態のイソスピン破れおよび遠心障壁抑制を適用した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 X(3872) → π⁺π⁻J/ψ崩壊における角度相関と整合するJ^PC量子数は何か？
• RQ2 S波およびP波π⁺π⁻最終状態は、M(π⁺π⁻)不変質量分布とどの程度適合するか？
• RQ3 観測されたγJ/ψからπ⁺π⁻J/ψへの分岐比比（0.14 ± 0.05）は、χ_{c1}'チャロンニウム状態の割り当てを除外できるか？
• RQ4 D^0\bar{D}^0π^0崩壊におけるD波最終状態の抑制を踏まえると、2^{++}割り当ては妥当か？
• RQ5 データは、従来のチャロンニウム状態よりも分子的D^0\bar{D}^{*0}状態を支持しているか？

主な発見

• S波フィットでは、M(π⁺π⁻)分布に対してχ²/d.o.f. = 43.1/39、p値28%が得られ、良好なフィットであることを示している。
• P波フィットでは、χ²/d.o.f. = 71.0/39、p値0.1%が得られ、不良なフィットであることを示し、J^{-+}割り当てを強く除外している。
• M(π⁺π⁻)分布および角度相関に基づき、J^{++}割り当てがJ^{-+}割り当てよりも強く支持されている。
• 1^{++}割り当ては、観測されたγJ/ψからπ⁺π⁻J/ψへの分岐比比0.14 ± 0.05と整合している。
• 2^{++}割り当ては、BelleがX(3872) → D^0\bar{D}^0π^0を観測したことに基づき、D波遠心障壁による抑制が生じるため、不適切であるとされる。
• χ_{c1}'チャロンニウム状態は、予測される質量（3953–3990 MeV）が高すぎる上に、予想されるπ⁺π⁻J/ψ崩壊幅が観測された4.3%の下限値よりも大きすぎるため、除外されている。