[논문 리뷰] Comment on "e+ e- annhilation into J/psi J/psi"

Belle Collaboration, Ken Abe|ArXiv.org|2003. 06. 05.

Algorithms and Data Compression인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 관측된 $e^+e^-$ 결합 반응에서 $J/\psi\eta_c$ 생성이 $J/\psi J/\psi$ 사건에 의해 오염될 수 있는지 여부를 조사한다. 이는 측정된 단면적을 과대평가할 수 있다. 101.8 fb$^{-1}$의 Belle 데이터를 사용하여 저자들은 반동 질량 분석을 수행하고, $J/\psi J/\psi$ 생성에 대해 90% 신뢰수준에서 0.008 pb 이하의 엄격한 상한선을 설정하였다. 이는 비상대론적 양자 chromodynamics(NRQCD) 예측과의 괴리에 대한 설명으로서의 오염 가능성을 배제한다.

ABSTRACT

Using a data sample of 101.8 fb collected by the Belle detector at the KEKB asymmetric energy e+ e- collider, we confirm our published observation of e+ e- -> J/psi eta_c and find no evidence for the process e+ e- -> J/psi J/psi. The latter process was suggested as means to explain the large discrepancy between the published Belle result and theoretical predictions.

연구 동기 및 목표

• 관측된 $e^+e^- \to J/\psi\eta_c$ 신호가 잘못 식별된 $J/\psi J/\psi$ 사건에 의해 영향을 받을 수 있는지 테스트하기 위해.
• 비상대론적 양자역학(QCD) 예측과 Belle 측정치 사이의 괴리에 대한 가능한 설명으로 제안된, 두 개의 가상 광자 통한 $J/\psi J/\psi$ 생성 기여도를 평가하기 위해.
• 더 큰 데이터 샘플을 사용하여 $J/\psi\eta_c$ 신호를 독립적으로 확인하고, 반동 질량 스케일 이동으로 인한 시스템적 편향을 배제하기 위해.
• 감도를 최소화하는 검출 효율 가정을 사용하여 $J/\psi J/\psi$ 단면적에 대해 보수적인 상한선을 설정하기 위해.

제안 방법

• 101.8 fb$^{-1}$의 Belle 데이터를 사용하여 $e^+e^- \to J/\psi X$ 사건의 반동 질량 스펙트럼 분석을 수행하였다.
• 카르마이온 상태인 $\eta_c$, $\chi_{c0}$, $\chi_{c1}$, $\chi_{c2}$, $\psi(2S)$, $\eta_c(2S)$의 신호 선형형태를 모델링하기 위해 몬테카를로 시뮬레이션을 사용하였다.
• 오픈 채르미움 임계값 이하의 반동 질량 영역($M_{\text{recoil}} < 3.7$ GeV/$c^2$)에서 배경은 두차항 다항함수로 표현되었다.
• $\eta_c$, $\chi_{c0}$, $\eta_c(2S)$의 질량 위치는 자유 매개변수로 취급하였고, 나머지는 명목값으로 고정하였다.
• 보수적인 상한선을 설정하기 위해 $J/\psi$, $\chi_{c1}$, $\chi_{c2}$, $\psi(2S)$의 수확량을 0 또는 90% 신뢰수준 상한선으로 제약하였다.
• 반동 질량 스케일 校정 및 검증을 위해 $\psi(2S) \to J/\psi \pi^+\pi^-$ 붕괴를 사용한 시스템적 점검을 수행하였으며, 이로 인한 이격은 3 MeV/$c^2$ 이하로 발견되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 관측된 $e^+e^- \to J/\psi\eta_c$ 신호가 $J/\psi J/\psi$ 사건에 의해 상당히 오염될 수 있는가?
• RQ2 $J/\psi J/\psi$ 생성률이 Belle 측정치와 NRQCD 예측 간 괴리의 원인으로 충분히 크다고 볼 수 있는가?
• RQ3 반동 질량 재구성에서 운동량 스케일 편향이 $\eta_c$ 피크의 위치나 너비에 영향을 주는가?
• RQ4 90% 신뢰수준에서 $e^+e^- \to J/\psi J/\psi$ 단면적에 대한 상한선은 얼마인가?
• RQ5 더 큰 데이터 샘플과 향상된 시스템적 제어를 통해 $J/\psi\eta_c$ 신호를 독립적으로 확인할 수 있는가?

주요 결과

• $\eta_c$ 신호는 $175 \pm 23$ 개의 사건으로 확인되었고, 질량은 $2.972 \pm 0.007$ GeV/$c^2$였다.
• $\chi_{c0}$ 상태는 $61 \pm 21$ 개의 사건으로 확인되었고, 질량은 $3.409 \pm 0.010$ GeV/$c^2$였다.
• $\eta_c(2S)$ 상태는 $107 \pm 24$ 개의 사건으로 확인되었고, 질량은 $3.630 \pm 0.008$ GeV/$c^2$였다.
• $J/\psi$ 수확량은 $-9 \pm 17$로 측정되어 0과 일치하며, $J/\psi J/\psi$ 기여가 유의미하지 않음을 시사하였다.
• $\sigma(e^+e^- \to J/\psi J/\psi) \times \mathcal{B}(J/\psi \to \text{>2 중성입자})$에 대한 상한선은 90% 신뢰수준에서 0.008 pb 이하로 설정되었다.
• 반동 질량 스케일에 유의미한 편향은 발견되지 않았으며, 이격은 3 MeV/$c^2$ 이하로, 질량 재구성 정확도가 검증되었다.