[논문 리뷰] Amplitude analysis of $B^0 ightarrow \overline{D}^0 D_s^+ π^-$ and $B^+ ightarrow D^- D_s^+ π^+$ decays

LHCb collaboration, Aaij, R.외 1070명|arXiv (Cornell University)|2022. 01. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 √s = 7, 8, 및 13 TeV에서의 pp 충돌에서 확득된 9 fb⁻¹의 LHCb 데이터를 사용하여 B⁰ → D̄⁰Dₛ⁺π⁻ 및 B⁺ → D⁻Dₛ⁺π⁺ 붕괴의 최초의 진폭 분석을 제시한다. 이소스핀 대칭을 가정한 별도 및 동시 피팅을 통해 연구는 약 2.9 GeV 부근에서 Dₛπ 최종 상태에서 이중적으로 양전하를 띤 스핀-0 오픈-초음파 테트라쿼크 후보 및 그 중성자 파트너를 식별하였으며, Dₛπ 채널에서 이국수 입자 상태에 대한 강력한 증거를 제공한다.

ABSTRACT

Resonant contributions in $B^0 ightarrow \overline{D}^0 D^+_sπ^-$ and $B^+ ightarrow D^- D^+_sπ^+$ decays are determined with an amplitude analysis, which is performed both separately and simultaneously, where in the latter case isospin symmetry between the decays is assumed. The analysis is based on data collected by the LHCb detector in proton-proton collisions at center-of-mass energies of 7, 8 and 13 $ m{TeV}$. The full data sample corresponds to an integrated luminosity of 9 $ m fb^{-1}$. A doubly charged spin-0 open-charm tetraquark candidate together with a neutral partner, both with masses near $2.9\, m{GeV}$, are observed in the $D_sπ$ decay channel.

연구 동기 및 목표

• 이 연구는 B⁰ → D̄⁰Dₛ⁺π⁻ 및 B⁺ → D⁻Dₛ⁺π⁺ 붕괴에서 공명 기여를 진폭 분석을 통해 식별하는 것을 목적으로 한다.
• 이 연구는 이러한 붕괴에서 양성자 및 중성자 Dπ 공명 간의 이소스핀 대칭성을 검증하는 것을 목적으로 한다.
• 이 연구는 Dₛπ 및 DDₛ⁺ 최종 상태에서 이국수 입자, 특히 오픈-초음파 테트라쿼크의 존재를 조사하는 것을 목적으로 한다.
• 이 분석은 진동 상태 D 메손 및 잠재적인 새로운 공명 상태, 예를 들어 X(5568) 및 Zcs 상태의 성질을 규명하는 것을 목적으로 한다.

제안 방법

• 진폭 분석은 B⁰ 및 B⁺ 붕괴 간의 이소스핀 대칭을 가정한 동시 피팅 프레임워크를 사용하여 수행된다.
• 세 가지 피팅 시나리오가 사용된다: 각 붕괴 모드에 대한 별도의 피팅, Dπ 공명 파rameter를 공유하는 동시 Dπ 피팅, Dₛπ 및 DDₛ⁺ 공명을 포함한 완전한 동시 피팅.
• 분석은 √s = 7, 8, 및 13 TeV에서 확득된 LHCb 데이터의 누적 루미너시 9 fb⁻¹을 사용한다.
• 신호 및 배경 수확은 다리츠도 분포에 대한 비구속 확장 최대우도 피팅을 통해 결정된다.
• 피팅에는 Dπ, Dₛπ, 및 DDₛ⁺ 공명의 부분파 진폭이 포함되며, 공명 상태는 브라이트-반데르 부형식을 사용한다.
• 체계적 불확실성은 신호 및 배경 모델, 효율 보정, 피팅 구성의 변화를 통해 평가된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 B⁰ → D̄⁰Dₛ⁺π⁻ 및 B⁺ → D⁻Dₛ⁺π⁺ 붕괴의 Dₛπ 최종 상태에서 약 2.9 GeV 부근에 이중적으로 양전하를 띤 테트라쿼크 상태의 증거가 존재하는가?
• RQ2 두 붕괴 모드의 Dπ 공명은 이소스핀 대칭 예측과 일치하는가?
• RQ3 Tc¯s0(2900) 상태는 Dₛπ 채널에서의 중요성이 있으며, 피팅 품질 향상에 기여하는가?
• RQ4 DDₛ⁺ 최종 상태에서 Zcs(3985) 또는 Zcs(4000)와 같은 이국 상태와 일치하는 공명 기여가 존재하는가?
• RQ5 다리츠도의 부분파 진폭 및 간섭 패tern은 새로운 공명 구조의 존재를 어떻게 지지하는가?

주요 결과

• Dₛπ 붕괴 채널에서 이중적으로 양전하를 띤 스핀-0 오픈-초음파 테트라쿼크 후보 및 그 중성자 파트너가 모두 약 2.9 GeV 부근에서 관측되었다.
• Tc¯s0(2900) 상태는 B⁰ 및 B⁺ 붕괴 모드 양쪽에서 피팅 품질을 상당히 향상시켰다.
• 진폭 분석은 Dπ 최종 상태에서 공명 기여에 강력한 증거를 드러내었으며, D∗(2460) 및 D∗(2600)와 같은 알려진 D∗∗ 상태와 일치하였다.
• 동시 Dπ 피팅은 이소스핀 대칭 가정 하에 양성자 및 중성자 붕괴 모드 간 양호한 일치를 보였다.
• 다리츠도 분포의 모멘트 분석은 M²(Dπ) 및 M²(Dₛπ)에 8차까지의 구조를 확인하였으며, 새로운 공명 상태 존재를 지지하였다.
• 신호 효율 및 배경 모델은 광범위한 제어 연구를 통해 검증되었으며, 주요 파rameter의 체계적 불확실성은 5% 이하였다.