[論文レビュー] The X(4260) and possible confirmation of psi(3D), psi(5S), psi(4D), psi(6S) and psi(5D) in J/psi pi+ pi-

Eef van Beveren, George Rupp|ArXiv.org|Apr 28, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 14被引用数 14

ひとこと要約

この論文は、X(4260)共鳴状態が従来のチャーミオン状態ではなく、D∗sD∗sチャンネルに近いしきい値効果に起因すると提案している。信号はJ/ψf₀(980)への結合に関連している。e⁺e⁻ → J/ψπ⁺π⁻データにおける欠落信号を分析することで、ψ(3D)、ψ(5S)、ψ(4D)、ψ(6S)、ψ(5D)状態の証拠を特定した。X(4260)は真のc̄c共鳴状態ではないと除外された。

ABSTRACT

Data on e+ e- --> J/psi pi+ pi- and the X(4260) enhancement by the BABAR collaboration [ arXiv:hep-ex/0506081, arXiv:0808.1543 ] are analysed by modelling missing signals that should be present in the complete production amplitude with vector quantum numbers in the charmonium region. Thus, it is shown that the data contain evidence for the existence of the psi(5S), the psi(4D), the psi(6S) and the psi(5D) c-cbar vector states, and furthermore a clear indication for the mass and width of the psi(3D). Moreover, it is shown that signs of the psi(3S), psi(2D) and psi(4S) can be observed in the same data. Finally, it is argued that the X(4260) enhancement is not a resonance, but rather a phenomenon connected with the opening of the D(s)(*)-Dbar(s)(*) threshold and the coupling to the J/psi f(0)(980) channel.

研究の動機と目的

• BABARデータにおける乖離を解消すること。具体的には、ψ(4160) や ψ(4415) といった既知のチャーミオン状態が、J/ψπ⁺π⁻最終状態に予想されるにもかかわらず観測されていないこと。
• X(4260)の増幅が、ピークとして現れるが真の共鳴状態ではない可能性を説明すること。
• 理論的生成断面積をモデル化し、観測データを差し引くことで、J/ψπ⁺π⁻以外の過程からの寄与を分離し、欠落した共鳴状態を同定すること。
• X(4260)信号が真のc̄c共鳴状態か、しきい値の開口に関連する動的効果かを調査すること。
• J/ψππ断面積における欠落信号を用いて、ψ(5S)、ψ(4D)、ψ(6S)、ψ(5D)を含む、より高次のラジアル励起状態および軌道励起状態の存在を信号再構成により確認すること。

提案手法

• 中心質量4.3 GeV、幅750 MeVの広帯域ブライト＝ワイナー共鳴状態を用いて、全生成断面積を理論的線形形状として構築する。
• 理論的断面積と実際のBABARデータとの差分として欠落信号を定義し、J/ψπ⁺π⁻以外の過程からの寄与を分離する。
• 欠落信号分布を用いて、charmバリオン対への崩壊によって抑制される既知のc̄c共鳴状態に対応するディップを同定する。
• X(4260)ピークを、D∗sD∗sチャンネルからのしきい値効果としてモデル化し、J/ψf₀(980)への結合を含める。f₀(980)はππに弱く結合する。
• 観測ピークを直接フィッティングするのではなく、データに欠けているものを焦点にした非標準的手法を適用する。
• BELLEデータの独立した分析を用いて、欠落信号法の整合性と信頼性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜψ(4160) や ψ(4415) といった既知のJPC = 1⁻⁻チャーミオン状態が、J/ψπ⁺π⁻最終状態に観測されないのか？（それらの生成は予想されるにもかかわらず）
• RQ2 X(4260)共鳴状態は真のc̄c状態か、それともしきい値の開口に関連する動的効果か？
• RQ3 J/ψπ⁺π⁻断面積における欠落信号を用いて、以前に検出されていなかったチャーミオン状態を同定できるか？
• RQ4 D∗sD∗sしきい値とJ/ψf₀(980)中間状態が、X(4260)信号の形をどのように決定づけているか？
• RQ5 4.3–4.35 GeVに中心を持つ広帯域構造は動的起源を持ち、新たな広帯域共鳴状態である可能性があるか？

主な発見

• X(4260)は真のc̄c共鳴状態ではなく、D∗sD∗sしきい値の開口に起因し、J/ψf₀(980)への結合を伴う。
• ψ(3D)共鳴状態の明確な信号が、質量約4550 MeV、幅は実験的期待値と整合する範囲で同定された。
• 欠落信号分析により、ψ(5S)（4790 MeV）、ψ(4D)（4870 MeV）、ψ(6S)（5130 MeV）、ψ(5D)（5290 MeV）の存在証拠が得られた。
• ψ(4415)共鳴状態は、4.421 GeVに位置する欠落信号分布における主要なディップとして同定され、幅75 MeVであった。
• 4.3 GeVに中心を持つ幅750 MeVの広帯域構造は、最近の三体計算の結果と一致するため、新たな広帯域共鳴状態である可能性があると解釈された。
• X(4260)が標準的なc̄cベクトル状態である可能性は排除された。その線形形状は共鳴行動と整合せず、代わりにしきい値増幅に一致した。