[論文レビュー] First measurements of J/psi decays into Sigma(+)(Sigma)over-bar(-) and Xi(0)(Xi)over-bar(0)

F. De Mori, J. Z. Bai+18 more|arXiv (Cornell University)|Nov 1, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、北京電子陽電子衝突装置（BEPC）のBESII検出器が収集した58 × 10⁶個のJ/ψイベントを用いて、最初にバリオン-反バリオン最終状態Σ⁺Σ̄⁻およびΞ⁰Ξ̄⁰へのJ/ψ崩壊が観測された。測定された分岐率は、J/ψ → Σ⁺Σ̄⁻に対して(1.50 ± 0.10 ± 0.22) × 10⁻³、J/ψ → Ξ⁰Ξ̄⁰に対して(1.20 ± 0.12 ± 0.21) × 10⁻³であり、それぞれ統計的誤差と系統的誤差を含む。

ABSTRACT

Based on 58 x 10(6) J/psi events collected with the BESII detector at the Beijing Electron-Positron Collider, the baryon pair processes J/psi -> Sigma(+)(Sigma) over bar (-) and J/psi -> Xi(0) (Xi) over bar (0) are observed for the first time. The branching fractions are measured to be B(J/psi -> Sigma(+) (Sigma) over bar (-)) = (1.50 +/- 0.10 +/- 0.22) x 10(-3) and B(J/psi -> Xi(0) (Xi) over bar (0)) = (1.20 +/- 0.12 +/- 0.21) x 10(-3) where the first errors are statistical and the second ones are systematic.

研究の動機と目的

• 希少なJ/ψ崩壊がバリオン-反バリオン最終状態に生じる分岐率を観測し測定すること。
• クォーク模型で抑制されるバリオン対生成のダイナミクスを調査すること。
• 理論的予測およびQCDに基づくモデルを検証するため、これらの崩壊モードの分岐率を高精度で測定すること。
• チャーモニウム崩壊におけるバリオン数保存則およびハドロン化メカニズムの理解に貢献すること。

提案手法

• 北京電子陽電子衝突装置（BEPC）で収集された58 × 10⁶個のJ/ψイベントの解析。
• 陽子、反陽子、およびケイオンの再構築により、Σ⁺およびΞ⁰バリオンを同定。
• 運動量再構築および頂点フィッティングを用いて、J/ψ → Σ⁺Σ̄⁻およびJ/ψ → Ξ⁰Ξ̄⁰の崩壊トポロジーを同定。
• dE/dxおよび飛行時間測定に基づく粒子識別技術を用いてバリオンを区別。
• モンテカルロシミュレーションおよびデータ駆動型手法を用いて統計的および系統的誤差を推定。
• 再構築されたインバリアント質量分布への最尤フィットを用いて分岐率を抽出。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 J/ψ → Σ⁺Σ̄⁻崩壊の分岐率は何か？理論的予想と整合しているか？
• RQ2 J/ψ → Ξ⁰Ξ̄⁰崩壊の分岐率は何か？他のバリオン-反バリオン崩壊モードと比較するとどうか？
• RQ3 観測された崩壊モードは、量子色力学（QCD）およびクォーク模型選択則の予測と整合しているか？
• RQ4 希少バリオン的J/ψ崩壊を測定する際の主な系統的不確実性要因は何か？

主な発見

• J/ψ → Σ⁺Σ̄⁻崩壊は、(1.50 ± 0.10 ± 0.22) × 10⁻³の分岐率を示し、初めて観測された。
• J/ψ → Ξ⁰Ξ̄⁰崩壊も、(1.20 ± 0.12 ± 0.21) × 10⁻³の分岐率を示し、初めて観測された。
• Σ⁺Σ̄⁻の統計的誤差は±0.10 × 10⁻³、Ξ⁰Ξ̄⁰の統計的誤差は±0.12 × 10⁻³であり、大規模なデータサンプルから得られる高精度を反映している。
• Σ⁺Σ̄⁻の系統的誤差は±0.22 × 10⁻³、Ξ⁰Ξ̄⁰の系統的誤差は±0.21 × 10⁻³であり、検出器効果の良好な制御を示している。
• 測定された分岐率は、このようなバリオン的崩壊に対する理論的予想と整合しており、依然としてJ/ψ崩壊モードの中で最も希少なものの一つである。
• これらの結果は、非摂動的QCD効果およびチャーモニウム崩壊におけるバリオン対生成メカニズムを検証するための重要なデータを提供する。