[논문 리뷰] Effect of $Z_b$ states on $\Upsilon(3S) o\Upsilon(1S)\pi\pi$ decays

Yunhua Chen, B. S. Zou외 4명|arXiv (Cornell University)|2015. 12. 11.

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 분산 이론을 사용하여 Zb(10610) 및 Zb(10650) 상태를 중간 상태로 포함함으로써, Υ(3S) → Υ(1S)ππ 붕괴에서 관측된 ππ 진동 질량 스펙트럼의 이례적인 이피크 구조를 조사한다. 이들은 단지 주요 초합성 진폭만으로는 재현할 수 없는 관측된 이중피크 ππ 스펙트럼을 자연스럽게 설명하며, 데이터에서 정확한 결합 강도를 추출하기 위해 Flatté 유사 매개변수화가 필요하다는 점을 강조한다.

ABSTRACT

Within the framework of dispersion theory, we analyze the dipion transitions between the lightest $\Upsilon$ states, $\Upsilon(nS) ightarrow \Upsilon(mS) \pi\pi$ with $m < n \leq 3$. In particular, we consider the possible effects of two intermediate bottomoniumlike exotic states $Z_b(10610)$ and $Z_b(10650)$. The $\pi\pi$ rescattering effects are taken into account in a model-independent way using dispersion theory. We confirm that matching the dispersive representation to the leading chiral amplitude alone cannot reproduce the peculiar two-peak $\pi\pi$ mass spectrum of the decay $\Upsilon(3S) ightarrow \Upsilon(1S) \pi\pi$. The existence of the bottomoniumlike $Z_b$ states can naturally explain this anomaly. We also point out the necessity of a proper extraction of the coupling strengths for the $Z_b$ states to $\Upsilon(nS)\pi$, which is only possible if a Flatt\'e-like parametrization is used in the data analysis for the $Z_b$ states.

연구 동기 및 목표

• Υ(3S) → Υ(1S)ππ 붕괴에서 관측된 이중봉 스펙트럼이 소프트 파이온 정리의 예측과 반대됨에도 불구하고 발생하는 오랜 애너미를 해결하기 위해.
• Zb(10610) 및 Zb(10650) 공명 상태가 이중파이온 전이를 매개하는 데서 수행하는 역할을 평가하기 위해.
• 분산 이론를 사용하여 모형에 종속되지 않는 방식으로 π 사이의 최종 상태 상호작용(FSI)을 포함시키기 위해.
• 실험 분석에서 Zb 상태가 Υ(nS)π에 대한 신뢰할 수 있는 결합 강도를 추출하기 위해 Flatté 유사 매개변수화가 필요한지 확인하기 위해.

제안 방법

• 모델에 종속되지 않는 방식으로 ππ 최종 상태 상호작용(FSI)을 기술하기 위해 수정된 Omnès 해법의 형태로 분산 이론를 사용하기 위해.
• 분산 적분의 왼쪽 경로로 Zb(10610) 및 Zb(10650) 상태를 포함하여, 그들의 전파함수를 통해 진폭에 기여하기 위해.
• 저에너지 영역에서 분산 진폭을 주요 초합성 나무 수준 진폭과 일치시켜 상수를 고정하기 위해.
• S파 중간 상태의 무거운 쿼크 온 상태가 π에 결합하는 데 사용되는 주요 초합성 라그랑지안을 초합성 양자역학 이론과 무거운 쿼크 비상대론적 전개로부터 유도하기 위해.
• 이론적 진폭을 ππ 진동 질량 분포 및 π의 스핀 각도 분포에 대한 실험 데이터에 맞추기 위해.
• 특히 B̄B*와 같은 비탄성 붕괴 채널을 고려하기 위해 Zb 공명 선형형을 모델링하기 위해 Flatté 매개변수화를 적용하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Υ(3S) → Υ(1S)ππ에서 ππ 진동 질량 스펙트럼의 이피크 구조는 Zb(10610) 및 Zb(10650) 공명 상태의 교환에 의해 설명될 수 있는가?
• RQ2 왜 소프트 파이온 정리에 기반한 표준 초합성 진폭은 관측된 이중봉 스펙트럼을 재현하지 못하는가?
• RQ3 이 붕괴에서 강한 ππ S파 최종 상태 상호작용은 이중파이온 스펙트럼에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 비탄성 붕괴 채널이 있는 상황에서 Zb 상태가 Υ(nS)π에 대한 결합 강도를 정확히 추출하기 위한 올바른 매개변수화는 무엇인가?
• RQ5 실험 데이터에서 Zb 결합 강도를 정확히 추출하기 위해 Flatté 매개변수화가 필수적인가?

주요 결과

• Zb(10610) 및 Zb(10650) 공명 상태를 중간 상태로 포함함으로써, Υ(3S) → Υ(1S)ππ에서 ππ 진동 질량 스펙트럼의 이피크 구조가 성공적으로 설명되며, 이는 주요 초합성 진폭만으로는 재현할 수 없다.
• 500–900 MeV 범위에서 S파 상호작용을 기술하기 위해 분산 이론를 사용한 모형에 종속되지 않는 처리 방식이 필수적이다.
• Zb(10610)의 스펙트럼 함수는 B̄B* 상태에의 결합으로 인해 명시된 폭보다 좁아지며, 이는 진정한 공명 폭을 추출하기 위해 B̄B*로의 부분 폭을 빼야 한다는 것을 시사한다.
• Zb(10610)가 Υ(1S)π에 대한 결합 강도는 Υ(2S)π에 대한 것보다 크게 발견되었으며, 이는 기본 상태로의 붕괴에 강한 선호도가 있음을 시사한다.
• Flatté 매개변수화는 정확한 결합 강도 추출을 위해 필수적이며, 비탄성 채널로 인해 명시된 폭이 진정한 폭이 아니기 때문이다.
• 분석 결과, 이 프레임워크에서 상대론적 보정 및 연계 채널 효과는 무시할 수 있으며, 이는 주로 초합성 전개를 사용하는 것이 타당하다는 것을 정당화한다.