[論文レビュー] Inclusive production of the $P_c$ resonances in $p \overline p $ collisions

D Collaboration|arXiv (Cornell University)|Oct 25, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、D0で観測された包含的 $p\bar{p}$ 衝突において、$P_c(4440)$ および $P_c(4457)$ ペンタクォーク状態の最初の確認的証拠を提示している。$\Lambda_b^0 \to J/\psi pK^-$ 衰えを用いて、LHCbの共鳴子パラメータとD0の系統的不確実性を含めた場合、3.2\sigma の有意性が観測され、測定された $P_c$ シグナル生成数は $82 \pm 37$ イベントであり、LHCbの結果と整合的である $f = 0.61 \pm 0.23$ が得られた。

ABSTRACT

We present a study of the inclusive production in $p \overline p $ collisions of the pentaquark states $P_c(4440)$ and $P_c(4457)$ with the decay to the $J/ψp$ final state previously observed by the LHCb experiment. Using a sample of candidates originating from decays of $b$-flavored hadrons, we find an enhancement in the $J/ψp$ invariant mass distribution consistent with a sum of $P_c(4440)$ and $P_c(4457)$. The significance, with the input parameters set to the LHCb values, is $3.0σ$. This is the first confirmatory evidence for these pentaquark states. We measure the ratio $N_{ m prompt}/N_{ m nonprompt}=0.05 \pm 0.39$ and set an upper limit of 0.8 at the 95\% credibility level. The ratio of the yield of the $P_c(4312)$ to the sum of $P_c(4440)$ and $P_c(4457)$ is less than 0.6 at the 95\% credibility level. The study is based on $10.4~ m{fb^{-1}}$ of data collected by the D0 experiment at the Fermilab Tevatron collider.

研究の動機と目的

• テバトロンにおける $p\bar{p}$ 衝突での $P_c$ ペンタクォーク共鳴子の包含的生成を探索すること。
• LHCbとは異なる加速器環境で $P_c(4440)$ および $P_c(4457)$ 状態の存在を検証すること。
• $X \neq K^-$ の場合、$\Lambda_b^0 \to P_c X$ 衰えの可能性を調査すること。
• $P_c$ 状態のプロンプト生成とノンプロンプト生成の比を測定し、LHCbの結果と比較すること。
• D0データを用いて、$P_c$ シグナル生成数と $f$-比がLHCbが報告した値と整合的かどうかを評価すること。

提案手法

• $J/\psi \to \mu^+\mu^-$ および $pK^-$ コンテンツを用いて、$\Lambda_b^0 \to J/\psi pK^-$ 衰えを再構築する。
• $p\bar{p}$ 衝突点からの横方向のずれが少なくとも $3\sigma$ 以上であり、指向角制約（$\alpha < 0.06$ ラジアン）を適用する。
• $\Lambda_b^0$ シグナル領域を、質量分解能の $\pm 2.5$ 標準偏差に対応する 5.52–5.72 GeV として定義する。
• 背景を、ピーク背景となる $B^0_d \to J/\psi K^\pm\pi^\mp$ 衰えと、低下背景となるマルチボディ $H_b$ 衰えを用いてモデル化する。
• LHCbの測定値から得た質量と幅を用いた共鳴子形状を用いて、$\Lambda_b^0$ 領域における $J/\psi p$ 二体質量分布にフィットする。
• LHCbと同様に、$\Lambda_b \to J/\psi \Lambda^*$ 衰えの寄与を抑えるために $M(pK) > 1.9$ GeV のカットを適用し、シグナルの頑健性をテストする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 テバトロンにおける包含的 $p\bar{p}$ 衝突で、$P_c(4440)$ および $P_c(4457)$ ペンタクォーク状態の証拠はあるか？
• RQ2 D0の系統的不確実性とLHCbの共鳴子パラメータの不確実性を両方含めた場合、$P_c$ シグナルの統計的有意性は何か？
• RQ3 $X \neq K^-$ の場合、$\Lambda_b^0 \to P_c X$ 衰えが支持されるか、$K^-$ 終状態以外の寄与があるか？
• RQ4 $P_c(4440)$ と $P_c(4457)$ の生成数比は何か？ これはLHCbの測定値と一致するか？
• RQ5 $P_c(4450)$ 状態のプロンプト生成の証拠はあるか？ それとも主にノンプロンプト生成であるか？

主な発見

• D0の系統的不確実性とLHCbの共鳴子パラメータの不確実性を両方含めた場合、$P_c(4440)$ および $P_c(4457)$ シグナルに対して 3.2\sigma の有意性が観測された。
• フィットされたシグナル生成数は $82 \pm 37$ イベントであり、D0の不確実性のみを用いた場合の統計的有意性は 3.7\sigma であった。
• 測定された比 $f = N(4440)/(N(4440)+N(4457)) = 0.61 \pm 0.23$ は、LHCbの値と整合的である。
• $M(pK) > 1.9$ GeV のカットを適用して $\Lambda_b \to J/\psi \Lambda^*$ の寄与を抑えた後、シグナル生成数は $13 \pm 14$ イベントに低下した。これは、他の $X$ 終状態からの寄与が可能性として残っていることを示唆している。
• $P_c(4312)$ と $P_c(4440)$ および $P_c(4457)$ の和との比は $0.18 \pm 0.22$ であり、LHCbの測定値と整合的である。
• プロンプト生成の $P_c(4450)$ 状態の証拠は得られず、$N_{\rm prompt}/N_{\rm nonprompt} = 0.1 \pm 0.4$ であり、95%信用区間で上限は 0.9 であった。