[논문 리뷰] $f_0(980)$ production in $D_s^+ ightarrow \pi^+ \, \pi^+ \, \pi^-$ and $D_s^+ ightarrow \pi^+ \, K^+ \, K^-$ decays

J. M. Dias, F. S. Navarra외 2명|arXiv (Cornell University)|2016. 01. 18.

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions참고 문헌 56인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 채널 연합을 통한 카르민 유니타리 방법을 사용한 약한 붕괴 메커니즘과 최종 상태 상호작용을 통해 $D_s^+ \to \pi^+ \pi^+ \pi^-$ 및 $D_s^+ \to \pi^+ K^+ K^-$ 붕괴에서 $f_0(980)$ 생성을 조사한다. 모델은 $\pi^+\pi^-$ 및 $K^+K^-$ 쌍의 진동 질량 분포를 성공적으로 재현하며, 불확도 범위 내에서 실험 데이터와 일치하는 명확한 $f_0(980)$ 신호를 보인다.

ABSTRACT

We study the Ds+→π+π+π- and Ds+→π+K+K- decays adopting a mechanism in which the Ds+ meson decays weakly into a π+ and a qq¯ component, which hadronizes into two pseudoscalar mesons. The final state interaction between these two pseudoscalar mesons is taken into account by using the chiral unitary approach in coupled channels, which gives rise to the f0(980) resonance. Hence, we obtain the invariant mass distributions of the pairs π+π- and K+K- after the decay of that resonance and compare our theoretical amplitudes with those available from the experimental data. Our results are in a fair agreement with the shape of these data, within large experimental uncertainty, and a f0(980) signal is seen in both the π+π- and K+K- distributions. Predictions for the relative size of π+π- and K+K- distributions are made.

연구 동기 및 목표

• 분해형 $D_s^+ \to \pi^+ \pi^+ \pi^-$ 및 $D_s^+ \to \pi^+ K^+ K^-$ 붕괴에서 $f_0(980)$ 공명의 기원을 이해하는 것.
• 카르민 유니타리 방법을 통한 최종 상태 상호작용이 두 붕괴 모드에서 관측된 $f_0(980)$ 신호를 설명할 수 있는지 조사하는 것.
• $\pi^+\pi^-$ 및 $K^+K^-$ 진동 질량 분포의 이론적 예측을 실험 데이터와 비교하는 것.
• $\pi^+\pi^-$ 대비 $K^+K^-$ 최종 상태에서의 $f_0(980)$ 신호 상대 강도를 예측하는 것.

제안 방법

• 약한 전이를 통해 $\pi^+$와 $q\bar{q}$ 쌍으로 붕괴된 $D_s^+$를 모델링하고, 이후 두 펄서스 메손으로의 하드론화를 고려한다.
• 최종 상태 상호작용을 기술하기 위해 채널 연합에서 카르민 유니타리 방법을 적용한다.
• 연결 채널 프레임워크를 사용하여 $\pi\pi$ 및 $KK$ 상호작용에서 $f_0(980)$ 공명을 동적으로 생성한다.
• $f_0(980)$ 붕괴 후 $\pi^+\pi^-$ 및 $K^+K^-$ 쌍의 진동 질량 분포를 계산한다.
• 이론적 진폭을 실험 데이터와 비교하여 형상과 공명 구조에서의 일치 여부를 평가한다.
• $\pi^+\pi^-$ 대비 $K^+K^-$ 최종 상태에서의 $f_0(980)$ 신호 상대 강도를 예측한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 채널 연합에서의 카르민 유니타리 방법이 $D_s^+ \to \pi^+ \pi^+ \pi^-$ 붕괴에서 $f_0(980)$ 구조를 재현하는가?
• RQ2 동일한 역학적 메커니즘이 $D_s^+ \to \pi^+ K^+ K^-$ 붕괴에서의 $f_0(980)$ 신호를 설명할 수 있는가?
• RQ3 이론과 실험 간의 $\pi^+\pi^-$ 및 $K^+K^-$ 진동 질량 분포 형상은 어떻게 비교되는가?
• RQ4 $\pi^+\pi^-$ 대비 $K^+K^-$ 최종 상태에서의 $f_0(980)$ 신호 상대 강도는 예측되는가?

주요 결과

• 이론적 $\pi^+\pi^-$ 시스템의 진동 질량 분포는 실험 데이터와 큰 불확도 범위 내에서 일치하는 명확한 $f_0(980)$ 피크를 보인다.
• 유사한 $f_0(980)$ 신호가 $K^+K^-$ 진동 질량 분포에서도 관측되어, 이 공명이 두 붕괴 모드 모두에 존재함을 시사한다.
• 예측된 $\pi^+\pi^-$ 및 $K^+K^-$ 분포의 형상은 실험 데이터의 추세와 일치하여 모델의 타당성을 뒷받침한다.
• 모델은 $\pi^+\pi^-$ 최종 상태에서의 $f_0(980)$ 신호 상대 강도가 $K^+K^-$ 최종 상태보다 더 크다고 예측한다.
• 최종 상태 상호작용을 통한 $f_0(980)$ 공명의 역학적 생성은 두 붕괴 채널에서 관측된 구조를 설명하는 데 충분하다.