[論文レビュー] Partial wave analyses of J/psi to gamma pi^+ pi^- and gamma pi^0 pi^0

Ablikim, M.|arXiv (Cornell University)|Mar 23, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 19被引用数 23

ひとこと要約

本論文は、BES II実験で得られた5800万件の$J/\psi$イベントを用いて、$J/\psi \to \gamma\pi^+\pi^-$および$\gamma\pi^0\pi^0$崩壊の部分波解析を提示する。相対論的共変テンソル振幅法を用い、1466 MeV/$c^2$および1765 MeV/$c^2$の2つの$0^{++}$スカラー状態を同定した。後者は$f_0(1710)$グリューオンボール候補と整合的であり、分岐比とスピン・パリティの好みを測定し、軽い状態に対して$0^{++}$が$2^{++}$よりも支持される。

ABSTRACT

Results are presented on J/psi radiative decays to pi^+pi^- and pi^0pi^0 based on a sample of 58M J/psi events taken with the BESII detector. Partial wave analyses are carried out using the relativistic covariant tensor amplitude method in the 1.0 to 2.3 GeV/c^2 pipi mass range. There are conspicuous peaks due to the f_2(1270) and two 0^++ states in the 1.45 and 1.75 GeV/c^2 mass regions. The first 0^++ state has a mass of 1466\pm 6\pm 20 MeV/c^2, a width of 108^{+14}_{-11}\pm 25 MeV/c^2, and a branching fraction B(J/psi o γf_0(1500) oγπ^+π^-) = (0.67\pm0.02\pm0.30) imes 10^{-4}. Spin 0 is strongly preferred over spin 2. The second 0^++ state peaks at 1765^{+4}_{-3}\pm 13 MeV/c^2 with a width of 145\pm8\pm69 MeV/c^2. If this 0^++ is interpreted as coming from f_0(1710), the ratio of its branching fractions to pipi and K\bar K is 0.41^{+0.11}_{-0.17}.

研究の動機と目的

• $J/\psi$ 電磁的崩壊における$\pi^+\pi^-$および$\pi^0\pi^0$最終状態のスカラー共鳴状態を同定・特徴づけること。
• 部分波解析を用いて$\pi\pi$系の共鳴状態のスピン・パリティ量子数を特定すること。
• $f_0(1500)$および$f_0(1710)$状態の性質を評価し、特にグリューオンボール候補としての可能性を検討すること。
• $J/\psi \to \gamma\pi^+\pi^-$における$f_2(1270)$、$f_0(1500)$、$f_0(1710)$の分岐比および崩壊幅パラメータを測定すること。
• $f_0(1710)$の$\pi\pi$と$K\bar{K}$への崩壊分岐比を、既存のPDG値と比較し、グリューオンボール解釈を検証すること。

提案手法

• $J/\psi \to \gamma\pi^+\pi^-$および$\gamma\pi^0\pi^0$崩壊をモデル化するため、相対論的共変テンソル振幅法を用いた部分波振幅解析を行う。
• 1.0–2.3 GeV/$c^2$の範囲で$\pi\pi$の不変質量スペクトルを、$f_2(1270)$、$f_0(1500)$、$f_0(1710)$の共鳴振幅でフィットし、干渉項を含める。
• 対数尤度に基づくフィットを用いて、質量、幅、分岐比、ヘリシティ振幅を抽出し、統計的および系統的誤差を推定する。
• $f_4(2050)$を含めないなどの修正された共鳴仮定を用いた代替フィットを実施し、結果の頑健性とモデル依存性を検証する。
• $f_0(1710)$の$\pi\pi$対$K\bar{K}$分岐比をPDG値と比較し、$f_0(1790)$などの代替解釈を検討する。
• $\pi^+\pi^-$および$\pi^0\pi^0$の両最終状態を分析することで感度を向上させ、モデルバイアスを低減する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $J/\psi \to \gamma\pi^+\pi^-$および$\gamma\pi^0\pi^0$崩壊で生成される共鳴状態は何か、それらの量子数は何か？
• RQ2 1.75 GeV/$c^2$における$0^{++}$状態は$f_0(1710)$グリューオンボール候補と整合的か？ また、$\pi\pi$対$K\bar{K}$への崩壊分岐比は何か？
• RQ3 $f_0(1500)$および$f_0(1710)$の測定された質量と幅は、PDG値および理論的予想とどのように一致するか？
• RQ4 $f_0(1500)$状態はスピン0かスピン2か？ ヘリシティ振幅解析からの証拠は何か？
• RQ5 $f_4(2050)$共鳴状態の有無・無しを変更した代替モデル仮定に対して、結果はどの程度頑健か？

主な発見

• $f_2(1270)$共鳴状態は、$J/\psi \to \gamma\pi^+\pi^-$において$(9.14 \pm 0.07 \pm 1.48) \times 10^{-4}$の分岐比で観測された。
• $f_0(1500)$状態の質量は$1466 \pm 6 \pm 20$ MeV/$c^2$、幅は$108^{+14}_{-11} \pm 25$ MeV/$c^2$、分岐比は$(0.67 \pm 0.02 \pm 0.30) \times 10^{-4}$であった。
• 1.765 GeV/$c^2$における$0^{++}$状態の質量は$1765^{+4}_{-3} \pm 13$ MeV/$c^2$、幅は$145 \pm 8 \pm 69$ MeV/$c^2$であり、$f_0(1710)$と整合的であった。
• $f_0(1710) \to \pi\pi$の幅$\Gamma$と$K\bar{K}$への幅$\Gamma$の比は、$0.41^{+0.11}_{-0.17}$として測定され、誤差内ではPDG値と整合的であった。
• ヘリシティ振幅の結果から、$f_0(1500)$状態はスピン0がスピン2よりも強く支持され、$x = 0.89 \pm 0.02 \pm 0.10$および$y = 0.46 \pm 0.02 \pm 0.19$の値が得られた。
• $f_4(2050)$共鳴状態を含めない代替フィットでは、対数尤度が著しく悪化し、主なフィット結果の頑健性が確認された。