[論文レビュー] Recent Results from BESIII

G. S. Huang|arXiv (Cornell University)|Sep 21, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

BESIIIは、BEPCIIから得られた世界最大級の$J/\psi$、$\psi'$、$\psi(3770)$データサンプルを用いて、最近の高精度な結果を発表した。$J/\psi\to\gamma p\bar{p}$における準閾値の$p\bar{p}$共鳴、$\eta(1405)\to\pi^0 f_0(980)$におけるアイソスピン破れ、$J/\psi\to\gamma\omega\phi$における近閾値の増強の3つが、部分波振幅解析を用いて分析された。実験では$\tau$レプトン質量の精度が0.3 MeV未満に達し、レプトンユニバーサリティおよびQCDスペクトルの検証が進んだ。

ABSTRACT

BESIII is a new state-of-the-art 4$π$ detector at the upgraded BEPCII two-ring $\ee$ collider at the Institute of High Energy Physics in Beijing, China. It has been in operation since 2008, and has collected the world's largest data samples of $\jpsi$, $\psip$ and $ψ(3770)$ decays, as well as $τ$ mass scan and low energy points for $R$ measurement. These data are being used to make a variety of interesting and unique studies of light-hadron spectroscopy, precision charmonium physics, high-statistics measurements of $D$ meson decays, $τ$ mass measurement and $R$ measurement. Results summarized in this report include observations of a subthreshold $p\bar{p}$ resonance in $\jp oγp\bar{p}$, a large isospin-violation in $η(1405) t\piz\fzero$ decays, a near-threshold enhancement in $\jpsi tγωϕ$, and a M1 transition $\psip tγη_c(2S)$; the $ρπ$ puzzle in $\jpsi$ and $\psip$ decays; some recent precision measurements of $\ec$ and $\hc$ lineshapes; and preliminary results of the $D$ meson (semi-)leptonic decays and the $τ$ mass measurement.

研究の動機と目的

• 世界最大の$J/\psi$、$\psi'$、$\psi(3770)$データサンプルを用いて、軽いハドロンスペクトルおよびチャーモニウム崩壊を研究すること。
• $\eta(1405)$崩壊におけるアイソスピン破れ効果を調べ、$J/\psi$放射性崩壊における近閾値増強を探索すること。
• 高精度なビームエネルギー監視装置と閾値スキャンを用いて、$\tau$レプトン質量を0.3 MeV未満の精度で測定すること。
• 低エネルギーでの$e^+e^-\to$ハドロンの$R$値測定を改善し、QED結合定数およびヒッグス粒子質量の予測を高めること。
• エキゾチックメソン、特に$XYZ$状態および$\pi^+J/\psi$および$\pi^+h_c$最終状態における$Z_b$-類似状態の探索を行うこと。

提案手法

• BEPCIIに設置された4$\pi$型検出器を用い、1 Tの超伝導ソレノイド、ドリフトチェンバー、飛行時間型シンチレーション検出器、CsIコメトロメータ、RPCミューオン検出器を備える。
• $J/\psi\to\gamma p\bar{p}$および$J/\psi\to\gamma\pi^0f_0$崩壊からの共鳴の量子数およびインヴァリアント質量分布を抽出するために、部分波振幅（PWA）解析を採用する。
• 準閾値共鳴モデルにジュリッヒの最終状態相互作用（FSI）効果を組み合わせ、$p\bar{p}$質量増強を記述する。
• 複数のエネルギー点における$e^+e^-\to$ハドロン最終状態への最大尤度フィッティングを用い、$\delta E/E \simeq 10^{-5}$のビームエネルギー分解能を達成して$\tau$レプトン質量を測定する。
• 24 pb$^{-1}$のデータを用いて$\tau$対生成閾値近傍の専用エネルギースキャンを実施し、$ee$、$e\mu$、$\mu\mu$、$hh$など複数の最終状態を統合して高精度な質量抽出を実現する。
• 2.23、2.4、2.8、3.4 GeVでの低エネルギー$e^+e^-$データ収集により、$R$値測定の統計的不確実性を約1%に低減する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $J/\psi\to\gamma p\bar{p}$崩壊で観測された準閾値の$p\bar{p}$共鳴の性質は何か。その量子数は？
• RQ2 $\eta(1405)\to\pi^0 f_0(980)$崩壊におけるアイソスピン破れ効果はどの程度顕著であり、$f_0(980)$の構造にどのように影響を与えるか？
• RQ3 $J/\psi\to\gamma\omega\phi$崩壊に近閾値増強が存在するか。これは$\omega\phi$の最終状態相互作用や新しい共鳴状態の可能性を示唆するか？
• RQ4 閾値スキャンと高精度ビームエネルギー監視を用いて、$\tau$レプトン質量を0.3 MeV未満の精度で測定できるか？
• RQ5 $J/\psi$および$\psi'$崩壊における$\rho\pi$パズルは、ハドロン最終状態相互作用および共鳴構造にどのような意味を持つのか？

主な発見

• 部分波振幅解析により、$J/\psi\to\gamma p\bar{p}$崩壊で$J^{PC} = 0^{-+}$の準閾値$p\bar{p}$共鳴が観測された。質量は$1832^{+32}_{-26}$ MeV、90%信頼区間での全幅上限は$\Gamma < 79$ MeVであった。
• $\eta(1405)\to\pi^0 f_0(980)$崩壊において顕著なアイソスピン破れが観測され、$f_0(980)$の非自明な構造または強い最終状態相互作用の存在を示唆した。
• $J/\psi\to\gamma\omega\phi$崩壊において近閾値増強が観測され、$\omega\phi$の最終状態相互作用や新しい共鳴状態の可能性を示唆した。
• 閾値スキャンデータに対する最大尤度フィッティングを用いて、$\tau$レプトン質量を0.3 MeV未満の精度で測定した。今後100 pb$^{-1}$のデータで0.1 MeV未満の精度を達成する計画である。
• $J/\psi$および$\psi'$崩壊における$\rho\pi$パズルは未解決のままであり、$\rho\pi$最終状態では大きなアイソスピン破れ効果が観測された。
• 約10億個の$J/\psi$および約40億個の$\psi'$イベントを用いた高統計的$D$および$D_s$メソン崩壊の研究が進行中であり、弱い崩壊およびレプトンフレーバー破れの精密検証が可能となった。