[論文レビュー] Observation of $e^+ e^- o ηY(2175)$ at center-of-mass energies above 3.7$\sim$GeV

F. De Mori, М. Н. Ачасов+427 more|arXiv (Cornell University)|Sep 13, 2017

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、BESIIIのデータを用いて、3.7 GeVを超える中心系エネルギーにおいて、$e^+e^- \to \eta Y(2175)$ の過程の観測を初めて報告する。$Y(2175)$ 共鳴状態の質量は $2135 \pm 8 \pm 9$ MeV/$c^2$、幅は $104 \pm 24 \pm 12$ MeV として測定され、先行測定と整合的である。一方、$\psi(3686) \to \eta Y(2175)$ の崩壊は有意な信号を示さず、12%ルールに対する強い抑制を示している。

ABSTRACT

The state $Y(2175)$ is observed in the process $e^+ e^- o ηY(2175)$ at center-of-mass energies between 3.7 and 4.6$\sim$GeV with a statistical significance larger than $10σ$ using data collected with the BESIII detector operating at the BEPCII storage ring. This is the first observation of the $Y(2175)$ in this process. The mass and width of the $Y(2175)$ are determined to be ($2135\pm 8\pm 9$)~MeV/$c^2$ and ($104\pm 24\pm 12$)~MeV, respectively, and the production cross section of $e^+ e^- o ηY(2175) o ηϕf_{0}(980) o ηϕπ^+ π^-$ is at a several hundred femtobarn level. No significant signal for the process $e^+ e^- o η' Y(2175)$ is observed and the upper limit on $σ(e^+ e^- o η' Y(2175))/σ(e^+ e^- o ηY(2175))$ is estimated to be 0.43 at the 90\% confidence level. We also search for $ψ(3686) o ηY(2175)$. No significant signal is observed, indicating a strong suppression relative to the corresponding $J/ψ$ decay, in violation of the "12\% rule."

研究の動機と目的

• 3.7 GeVを超える中心系エネルギーにおける $e^+e^- \to \eta Y(2175)$ の過程の探索および観測を目的とする。
• この最終状態における $Y(2175)$ 共鳴状態の質量および幅を測定することを目的とする。
• $Y(2175) \to \phi \pi^+ \pi^-$ の崩壊ダイナミクスを調査し、$Z_s \to \phi \pi$ のようなExotic状態の兆候を検出することを目的とする。
• エネルギー関数としての断面積の振る舞いを理論的予想と比較することを目的とする。
• $\psi(3686) \to \eta Y(2175}$ の崩壊に対する上限を設定し、12%ルールに対する抑制の程度を評価することを目的とする。

提案手法

• BESIII検出器が $\sqrt{s} = 3.773$, 4.008, 4.226, 4.258, 4.358, 4.416, および 4.600 GeV で収集したデータを、$e^+e^- \to \eta Y(2175)$ の解析に用いる。
• $Y(2175)$ の信号は、$\eta Y(2175)$ のインヴァリエント質量再構成を用い、サイドバンド領域を用いたバックグラウンド差し引きによって抽出する。
• 系統的不確かさは、バックグラウンド形状の変更や独立した要因を考慮し、四則合成で組み合わせて評価する。
• $Y(2175) \to \phi \pi^+ \pi^-$ のダリーツプロットを解析し、$\phi f_0(980)$ 成分の研究および $Z_s$ 状態の探索を行う。
• 断面積のエネルギー依存性を $\sigma \propto 1/s^n$ としてフィットし、$n = 2.65 \pm 0.86$ を得て、$Y(2175}$ の性質を調査する。
• 90%信頼水準で、プロファイル尤度法を用いて $\psi(3686) \to \eta Y(2175)$ および $\eta' Y(2175}$ 最終状態の上限を設定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 3.7 GeVを超える中心系エネルギーにおいて、$e^+e^- \to \eta Y(2175)$ の過程は観測可能か？
• RQ2 $\eta Y(2175}$ 最終状態における $Y(2175)$ 共鳴状態の質量および幅は何か？
• RQ3 $Y(2175) \to \phi \pi^+ \pi^-$ の崩壊は、$\phi f_0(980)$ 成分が支配的か、あるいは $Z_s$ 状態の兆候があるか？
• RQ4 断面積のエネルギー依存性は、ベクトル・スカラ最終状態に対する理論的予想とどのように一致するか？
• RQ5 $\psi(3686) \to \eta Y(2175}$ の崩壊は12%ルールに対して抑制されているか？ これは $Y(2175}$ の構造に何を示唆するか？

主な発見

• $Y(2175)$ 共鳴状態は、質量 $2135 \pm 8 \pm 9$ MeV/$c^2$、幅 $104 \pm 24 \pm 12$ MeV として観測され、先行測定と整合的である。
• $e^+e^- \to \eta Y(2175)$ の断面積は $1/s^n$ のエネルギー依存性を示し、$n = 2.65 \pm 0.86$ である。これは、通常のベクトルクォークハドロンの崩壊とは異なる振る舞いを示している。
• $\psi(3686) \to \eta Y(2175)$ に対して有意な信号は観測されず、製品分岐比は90%信頼水準で $< 2.2 \times 10^{-6}$ に制限された。
• $\mathcal{B}^*(\psi(3686) \to \eta Y(2175)) / \mathcal{B}^*(J/\psi \to \eta Y(2175))$ の比は $(0.23 \pm 0.29 \pm 0.13)$% として測定され、90%信頼水準で0.65%未満であることが示され、強い抑制が確認された。
• $e^+e^- \to \eta' Y(2175)$ に対しても有意な信号は観測されず、断面積比 $\sigma(\eta' Y(2175)) / \sigma(\eta Y(2175))$ は90%信頼水準で0.43未満に制限された。
• ダリーツプロット解析から、$\phi f_0(980)$ が $Y(2175) \to \phi \pi^+ \pi^-$ の主要成分であることが示され、$Z_s \to \phi \pi$ 状態の兆候は観測されなかった。