[論文レビュー] Interpretation of Scalar and axial mesons in LHCb from an historical perspective

F. E. Close, A. Kirk|arXiv (Cornell University)|Mar 24, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、$B_{d,s} \to J/\psi + X$ 衰えにおけるLHCbのデータが、2 GeV未満のスカラーおよび軸性メソンの歴史的解釈と整合することを提案している。ここで $f_0(1370)$, $f_0(1500)$, $f_0(1710)$ は、$n\bar{n}$, $s\bar{s}$, およびスカラーグルーオンの混合から生じる。分析では1990年代のCERN実験で得られたフレーバー混合角と干渉パターンを用い、LHCbの $4\pi$ および $2\pi$ 質量スペクトルを解釈し、新しい力学的機構を仮定することなく、$f_1(1285)$ および $f_0(1370/1500)$ 構造と定量的に一致することを示している。

ABSTRACT

LHCb measurements of $B_{d,s} o J/ψ+ X$ are shown to be consistent with historical data on scalar and axial mesons below 2 GeV. This is in contrast to some recent interpretations of these data. Further tests of our hypotheses in other $B_{u,d,s} o J/ψ+ X$ decay modes are suggested.

研究の動機と目的

• LHCbが最近測定した $B_{d,s} \to J/\psi + X$ 衰えが、2 GeV未満のスカラーおよび軸性メソンの歴史的解釈と整合するかどうかを検証すること。
• LHCbデータに観測された $4\pi$ および $2\pi$ 質量スペクトルが、CERNのWA102, GAMS, Crystal Barrel実験で過去に観測されたように、$f_0(1370)$ と $f_0(1500)$ 間の干渉によって説明可能かどうかを評価すること。
• 歴史的混合モデルを用いて $f_1(1285)$, $f_0(1370)$, $f_0(1500)$, $f_0(1710)$ のフレーバー内容を評価し、LHCbの分岐比データと照らし合わせること。
• 提案された混合スキームをさらに検証するために、$a_0(980)$ および $\eta\eta$ 終状態を含む $B_{d,s} \to J/\psi + X$ 衰えに関する、新たな検証可能な予測を提示すること。

提案手法

• スカラーメソンの歴史的フレーバー混合モデルを採用し、$f_0(1370)$, $f_0(1500)$, $f_0(1710)$ が $n\bar{n}$, $s\bar{s}$, スカラーグルーオン $G$ の混合から成るとし、1990年代のCERN実験から得られたパラメータを用いた。
• WA102実験で用いられた同じコンピュータプログラムとフィッティング技術を用い、入力パrameterを調整せずに、LHCbデータの $4\pi$ および $2\pi$ 質量スペクトルをモデル化した。
• フレーバー混合角 $\theta$ を用いて分岐比の比を計算し、$f_1(1285)$ に対して $\theta \approx 22^\circ$、$f_0$ 状態に対して $\theta \approx \pi/6$ を仮定し、$B_d$ および $B_s$ 衰えの割合を予測した。
• 参照文献SZの振幅形式を用いて $B_d$ および $B_s$ 衰えを $f_0$ および $a_0$ 状態と関連づけ、$r^{s0f_0}_{sf_0}$, $r^{0f_0}_{0\sigma}$, $r^{sf_0}_{0\sigma}$ の式を $\sin\theta$ および $\cos\theta$ の関数として導出した。
• $f_0(1710)$ は大きな $s\bar{s}$ 成分を有すると提案し、他のスカラーおよびS波背景との干渉が $B_{s} \to J/\psi + K\bar{K}$ における $K\bar{K}$ ピークを説明するとした。
• 今後のテストの提案：$B_d$ および $B_s \to J/\psi + X$ における $a_0/f_0$ 生成比の測定、および $B \to J/\psi + \eta\eta$ と $B \to J/\psi + \eta\pi$ の研究により、$a_0(980)$ および $\eta\eta$ 耦合を調べること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $f_1(1285)$ 状態が $B_{d,s} \to J/\psi + 4\pi$ において、歴史的フレーバー混合 $f_1(1285) \sim 0.9n\bar{n} - 0.4s\bar{s}$ と整合するか？
• RQ2 $B_{d,s} \to J/\psi + 4\pi$ の $4\pi$ 質量スペクトルが、WA102実験で観測されたように、$f_0(1370)$ と $f_0(1500)$ 間の干渉によって説明可能か？
• RQ3 $B_s \to J/\psi + 2\pi$ データが、歴史的フィットで示唆されたように、$f_0(1710}$ に大きな $s\bar{s}$ 成分があることを支持するか？
• RQ4 $f_0(980)$ 状態はテトラクォークまたは分子状態と整合するか？ また、$K\bar{K}$ 閾値付近でのアイソスピン破れが $B_{s} \to J/\psi + a_0(980)$ に影響を与えるか？
• RQ5 $B_d$ および $B_s$ 衰えにおける $a_0/f_0$ 生成比が、提案された $\theta \approx \pi/6$ 混合角の明確なテストとして機能するか？

主な発見

• $f_1(1285)$ の分岐比比 $B_d \to J/\psi f_1(1285) / B_s \to J/\psi f_1(1285)$ は $11.6 \pm 3.1\%$ と測定され、$f_1(1285) \sim 0.9n\bar{n} - 0.4s\bar{s}$ および $\theta \approx 22^\circ$ に基づく歴史的予測値 $11.4\%$ と整合している。
• $B_d \to J/\psi + 4\pi$ の $4\pi$ 質量スペクトルには1.45 GeV付近に構造が観測され、WA102実験で観測された $f_0(1370)$ と $f_0(1500)$ 間の干渉と一致する。
• $\Gamma(B_d \to J/\psi f_0)/\Gamma(B_s \to J/\psi f_0)$ の比は $\theta = \pi/6$ の場合 $1/(4 + 2\sqrt{3}) \approx 0.15$ と予測され、$\Gamma(B_d \to J/\psi f_0)/\Gamma(B_d \to J/\psi \sigma)$ の比は $1/4$ となり、LHCbの $1\sigma$ 限界と一致する。
• $f_0(1710)$ は支配的な $s\bar{s}$ 成分を有することが判明し、$f_0(1500)$ の $s\bar{s}$ 成分が $f_0(1370)$ よりも大きいことが、$B_s \to J/\psi + K\bar{K}$ データで $f_0(1710)$ に起因するピークと一致する。
• $\theta$ を $\pi/6$ に設定した場合、$B_d \to J/\psi + X$ における予測された $a_0/f_0$ 生成比は1から $1/3$ に低下し、$B_s \to J/\psi + X$ では0から $0.07$ に低下する。これは、提案された混合スキームの検証に適した署名を提供する。
• 本稿はLHCbに対し、提案された混合モデルを用いて受容補正済みデータを再フィットするよう要請するとともに、$B \to J/\psi + \eta\eta$ および $B \to J/\psi + \eta\pi$ の研究を通じて、フレーバー-グルーオン混合仮説を検証することを提案している。