[論文レビュー] Observation of Transverse $Λ/\barΛ$ Hyperon Polarization in $e^+e^-$ Annihilation at Belle

The Belle Collaboration, A. Abdesselam+448 more|arXiv (Cornell University)|Nov 21, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、Belle実験における $e^+e^-$ 破壊反応で生成される $Λ/\bar{\Lambda}$ ヒッグソンにおける横スピン極化の初回観測を報告している。$B$-ファクトリーの衝突データを用いて、$z_\Lambda$ および $p_\mathrm{t}$ の関数として非ゼロの横スピン極化を測定し、フレーバー依存の寄与や $\Sigma^0$ および $\Lambda_c$ 衰えからの崩壊フィードダウンを含めた感度を有し、高エネルギー $e^+e^-$ 衝突におけるヒッグソンスピン構造に関する新たな知見を提供する。

ABSTRACT

We report the first observation of the polarization of $Λ/\barΛ$ hyperons transverse to its production plane in $e^+e^-$ annihilation. We observe a significant polarization that rises with the fractional energy carried by the hyperon as well as its transverse momentum. To define the production plane, we use the direction of the hyperon momentum together with either the thrust axis in the event or the momentum vector of a hadron in the opposite hemisphere. Furthermore, we investigate the contributions to the hyperon polarization from the feed-down from $Σ^0/\barΣ^0$ and $Λ_c^{\pm}$ decays. This measurement uses a dataset of 800.4fb$^{-1}$ collected by the Belle experiment at or near a center-of-mass energy of 10.58 GeV.

研究の動機と目的

• include $e^+e^-$ 破壊過程における $Λ/\bar{\Lambda}$ ヒッグソンの横スピン極化を測定すること。
• 極化の運動量変数 $z_\Lambda$ および $p_\mathrm{t}$ 依存性を調査すること。
• 反対半球のハドロンを特定することで、フレーバー依存性を調べること。
• 直接生成された $Λ$ と $\Sigma^0$ および $\Lambda_c$ 衰えからの寄与を分離すること。
• 高エネルギー $e^+e^-$ 衝突におけるヒッグソンスピン構造に関する新たな制約を提供すること。

提案手法

• Belleでの $e^+e^-$ イベントにおいて、$\Lambda \to p\pi^-$ および $\bar{\Lambda} \to \bar{p}\pi^+$ 衰えを介して $Λ/\bar{\Lambda}$ ヒッグソンを再構成する。
• $Λ$ の運動量とイベントスラスト軸を用いて構築される $Λ$ 生成平面の法線ベクトルを用いて、横スピンの定量化軸を定義する。
• 崩壊生成物の角度分布を、$\mathrm{cos}\theta = \mathrm{cos}(\vec{p}_p, \vec{p}_\Lambda)$ としてパラメータライズした、非バッチド拡張最大尤度フィットを実行する。
• 非線形効果による系arnessを推定するために、フィットに $1 + p_0\mathrm{cos}\theta + p_1\mathrm{cos}^2\theta$ の2次項を含める。
• バックグラウンド寄与を制御するため、サイドバンド減算手法を適用し、イベントミキシングおよび代替基準軸を用いて結果の妥当性を検証する。
• 崩壊パラメータ $\alpha$、フィットモデルの仮定、整合性チェックからの系統的不確かさを割り当て、それらを平方和で合成する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 include $e^+e^-$ 破壊反応における $Λ/\bar{\Lambda}$ ヒッグソンに非ゼロの横スピン極化が存在するか？
• RQ2 横スピン極化は、縦運動量分率 $z_\Lambda$ および横運動量 $p_\mathrm{t}$ にどのように依存するか？
• RQ3 異なるハドロン最終状態（例：$Λ + h$）の寄与は、観測された極化にどのように寄与しているか？
• RQ4 $\Sigma^0$ および $\Lambda_c$ 衰えからの $Λ$ ヒッグソンは、測定された極化にどの程度寄与しているか？
• RQ5 イベントミキシングや代替定量化軸といった異なる解析設定において、観測された極化結果は一貫しているか？

主な発見

• $e^+e^-$ 破壊反応において、$Λ/\bar{\Lambda}$ ヒッグソンに明確で非ゼロの横スピン極化が観測され、この過程における初の観測である。
• 極化の大きさは $z_\Lambda$ および $p_\mathrm{t}$ に非自明な依存性を示し、スピン整列における運動量構造を示唆している。
• 反対半球のハドロンを特定することで、異なる $Λ + h$ 最終状態からの寄与の差が明らかになり、フレーバー依存性の感度が得られた。
• 直接生成された $Λ$ と $\Sigma^0$ および $\Lambda_c$ の崩壊からの寄与が、解析によって明確に分離された。
• イベントミキシングや代替基準軸を用いた複数の整合性チェックを通じて、系統的不確かさが慎重に評価され、期待されるゼロ極化の状況ではすべて一貫した結果が得られた。
• 理論的モデルにおけるヒッグソンスピン構造および $e^+e^-$ 衝突におけるフラグメンテーションの検証に向けた、豊富なデータセットを提供している。