[論文レビュー] Study of χ_{bJ}(1P) Properties in the Radiative Υ(2S) Decays

A. Abdesselam, I. Adachi+447 more|arXiv (Cornell University)|Jun 3, 2016

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、Belle実験のデータを用いて、$Χ_{bJ}(1P)$状態の放射性崩壊による$Υ(2S)$からの生成物の性質を測定した。27、28、30のハドロン最終状態において、それぞれ$Χ_{b0}(1P)$、$Χ_{b1}(1P)$、$Χ_{b2}(1P)$の観測を初めて報告した。また、統計的有意性が不足していることから、$Χ_{b0}(1P)$幅の90%信頼水準における上界は$Γ_{\text{total}} < 2.4\,\text{MeV}$ とされた。

ABSTRACT

We report a study of radiative decays of χ_{bJ}(1P)(J=0,1,2) mesons into 74 hadronic final states comprising charged and neutral pions, kaons, protons; out of these, 41 modes are observed with at least 5 standard deviation significance. Our measurements not only improve the previous measurements by the CLEO Collaboration but also lead to first observations in many new modes. The large sample allows us to probe the total decay width of the χ_{b0}(1P). In the absence of a statistically significant result, a 90% confidence-level upper limit is set on the width at Γ_{total}&lt; 2.4 MeV. Our results are based on 24.7 fb^{-1} of e+e- collision data recorded by the Belle detector at the Υ(2S) resonance, corresponding to (157.8\pm3.6) imes10^6 Υ(2S) decays.

研究の動機と目的

• 放射性崩壊による$Υ(2S)$から生成される$\chi_{bJ}(1P)$状態の性質を測定すること。
• 特に、以前にこのような崩壊で観測されていなかった$Χ_{b0}(1P)$を含め、さまざまなハドロン最終状態における$Χ_{bJ}(1P)$状態の探索を行うこと。
• 有意な信号が得られなかったことから、$Χ_{b0}(1P)$状態の全幅を決定すること。
• 特にCLEO共同研究グループの測定値よりも精度を向上させること。

提案手法

• 41の崩壊モード全体にわたる$Δ M$分布（$Υ(2S)$と最終状態の質量差）に対して、最大尤度フィットを実行し、$Χ_{bJ}(1P)$信号を抽出した。
• フィットには、$Χ_{b0}(1P)$、$Χ_{b1}(1P)$、$Χ_{b2}(1P)$の信号成分の組み合わせを用い、バックグラウンドは別個にモデル化した。
• 系統的不確実性は、PDFパラメータを変化させ、幅仮説に対するフィット応答の線形性を検証することで評価した。
• 90%信頼水準における$Χ_{b0}(1P)$幅の上界は、尤度関数を幅の値の範囲で統合し、系統的不確実性をガウス関数で畳み込むことで導出した。
• 幅推定値のバイアスと線形性を検証するために、擬似実験を生成した。
• 分析は、KEKの$e^+e^-$衝突型加速器で得られたBelle実験のデータを統合し、$Υ(2S) \to \gamma \chi_{bJ}(1P)$崩壊に続く$Χ_{bJ}(1P)$のハドロン崩壊に焦点を当てた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 データに有意な信号が得られなかったことから、$Χ_{b0}(1P)$状態の全幅は何か？
• RQ2 $Χ_{b0}(1P)$はハドロン崩壊モードで観測可能か？ もしそうなら、何種類の異なる最終状態で観測されたか？
• RQ3 測定された$Χ_{bJ}(1P)$状態の性質は、以前の測定値（特にCLEO共同研究グループの測定値）とどのように比較できるか？
• RQ4 複数の崩壊モードにわたる統合解析において、$Χ_{b1}(1P)$および$Χ_{b2}(1P)$信号の有意水準は何か？
• RQ5 幅測定に影響を与える系統的要因は何か？ それらはどのように定量化されたか？

主な発見

• $Χ_{b0}(1P)$幅は$1.3 \pm 0.9\,\text{MeV}$ と測定されたが、この結果は統計的に有意ではなかった。
• $Χ_{b0}(1P)$全幅の90%信頼水準における上界は、$Γ_{\text{total}} < 2.4\,\text{MeV}$ と設定された。
• これは、27のハドロン崩壊モードで$Χ_{b0}(1P)$が初めて観測されたことを意味し、$Χ_{b1}(1P)$は28モード、$Χ_{b2}(1P)$は30モードで観測された。
• $Χ_{bJ}(1P)$状態の性質の測定精度は、以前のCLEO測定値を上回った。
• PDFパラメータの変動による系統的不確実性は$\pm 0.2\,\text{MeV}$、$Χ_{b2}(1P)$幅が無視できると仮定した場合の不確実性は$\pm 0.1\,\text{MeV}$ と推定された。
• 擬似実験を用いた線形性テストにより、幅推定値のバイアスは無視できるほど小さく、追加の不確実性$\pm 0.1\,\text{MeV}$ が割り当てられた。