[論文レビュー] $f_0(980)$ production in $D_s^+ ightarrow \pi^+ \, \pi^+ \, \pi^-$ and $D_s^+ ightarrow \pi^+ \, K^+ \, K^-$ decays

J. M. Dias, F. S. Navarra+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 18, 2016

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 56被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、$f_0(980)$ の生成を、$D_s^+ \to \pi^+ \pi^+ \pi^-$ および $D_s^+ \to \pi^+ K^+ K^-$ の崩壊において、弱い崩壊機構に続く最終状態相互作用を、チャーミカルユニタリアプローチを用いた結合チャンネルで扱うことで調査している。モデルは、$\pi^+\pi^-$ および $K^+K^-$ 組の不変質量分布をうまく再現しており、実験データの誤差範囲内で明確な $f_0(980)$ シグナルを示している。

ABSTRACT

We study the Ds+→π+π+π- and Ds+→π+K+K- decays adopting a mechanism in which the Ds+ meson decays weakly into a π+ and a qq¯ component, which hadronizes into two pseudoscalar mesons. The final state interaction between these two pseudoscalar mesons is taken into account by using the chiral unitary approach in coupled channels, which gives rise to the f0(980) resonance. Hence, we obtain the invariant mass distributions of the pairs π+π- and K+K- after the decay of that resonance and compare our theoretical amplitudes with those available from the experimental data. Our results are in a fair agreement with the shape of these data, within large experimental uncertainty, and a f0(980) signal is seen in both the π+π- and K+K- distributions. Predictions for the relative size of π+π- and K+K- distributions are made.

研究の動機と目的

• 「$D_s^+ \to \pi^+ \pi^+ \pi^-$ および $D_s^+ \to \pi^+ K^+ K^-$ 崩壊における $f_0(980)$ 共鳴の起源を理解すること。
• 最終状態相互作用をチャーミカルユニタリアプローチで扱うことで、両崩壊モードにおける観測された $f_0(980)$ シグナルを説明できるかを調査すること。
• $\pi^+\pi^-$ および $K^+K^-$ 不変質量分布の理論的予測を実験データと比較すること。
• $\pi^+\pi^-$ と $K^+K^-$ 最終状態における $f_0(980)$ シグナルの相対的強度を予測すること。

提案手法

• 弱い遷移によって $D_s^+$ が $\pi^+$ と $q\bar{q}$ 組に崩壊し、その後ペシスカラメソン2つにハドロン化する過程をモデル化する。
• 2つのペシスカラメソン間の最終状態相互作用を、結合チャンネルにおけるチャーミカルユニタリアプローチで記述する。
• 結合チャンネルフレームワークを用いて、$\pi\pi$ および $KK$ 相互作用から $f_0(980)$ 共鳴を動的に生成する。
• $f_0(980)$ の崩壊後に得られる $\pi^+\pi^-$ および $K^+K^-$ 組の不変質量分布を計算する。
• 理論的振幅と実験データを比較し、形状と共鳴構造の一致を評価する。
• $\pi^+\pi^-$ と $K^+K^-$ 最終状態における $f_0(980)$ シグナルの相対的強度を予測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 結合チャンネルにおけるチャーミカルユニタリアプローチは、$D_s^+ \to \pi^+ \pi^+ \pi^-$ 崩壊における $f_0(980)$ 構造を再現できるか？
• RQ2 同じ動的メカニズムが、$D_s^+ \to \pi^+ K^+ K^-$ 崩壊における $f_0(980)$ シグナルを説明できるか？
• RQ3 理論と実験における $\pi^+\pi^-$ および $K^+K^-$ 不変質量分布の形状はどのように比較できるか？
• RQ4 $\pi^+\pi^-$ と $K^+K^-$ 最終状態における $f_0(980)$ シグナルの予測された相対的強度は何か？

主な発見

• 理論的 $\pi^+\pi^-$ 系の不変質量分布には、大きな誤差範囲内で実験データと整合する明確な $f_0(980)$ ピークが現れている。
• 同様に、$K^+K^-$ 不変質量分布に対しても $f_0(980)$ シグナルが観測されており、両崩壊モードに共鳴が存在することを示している。
• 理論的予測された $\pi^+\pi^-$ および $K^+K^-$ 分布の形状は、実験データのトレンドと一致しており、モデルの妥当性を支持している。
• モデルは、$\pi^+\pi^-$ 最終状態における $f_0(980)$ シグナルの相対的強度が $K^+K^-$ 最終状態よりも大きいと予測している。
• 最終状態相互作用による $f_0(980)$ 共鳴の動的生成は、両崩壊チャネルにおける観測された構造を十分に説明できる。