[논문 리뷰] Measurement of the branching fractions for $J/\\psi\ o\\gamma\\pi^0$, $\\gamma\\eta$ and $\\gamma\\eta^{\\prime}$

F. De Mori, S.S. Fang외 172명|arXiv (Cornell University)|2005. 10. 25.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 15

한 줄 요약

이 논문은 BEPC의 BESII 검출기에서 수집한 5800만 개의 J/ψ 사건을 이용해 J/ψ → γπ⁰, γη, γη′의 분해율에 대한 정밀 측정을 제시한다. 연구는 부분 폭의 비율 Γ(J/ψ →γη′)/Γ(J/ψ →γη) = 4.94 ± 0.40을 결정하고, 준입자 혼합 각도 θP = (−22.08 ± 0.81)°를 추출하여 η–η′ 혼합 모델에 대한 강력한 제약을 제공하며, ι(1440) 또는 c¯c 혼합 성분이 상당한 모델을 지지한다.

ABSTRACT

The decay modes $\\jpsi\\ar\\gamma\\pi^0, \\gamma\\eta$ and $\\gamma\\etap$ are analyzed using a data sample of 58 million $\\jpsi$ decays collected with the BESII detector at BEPC. The branching fractions are determined to be: $Br(\\jpsi\\ar\\gamma\\pi^0)=(3.13^{+0.65}_{-0.44})\ imes10^{-5}$, $Br(\\jpsi\\ar\\gamma\\eta)=(11.23\\pm0.89)\ imes10^{-4}$, and $Br(\\jpsi\\ar\\gamma\\etap)=(5.55\\pm0.44)\ imes10^{-3}$, where the errors are combined statistical and systematic errors. The ratio of partial widths $\\Gamma(\\jpsi\\ar\\gamma\\etap)/\\Gamma(\\jpsi\\ar\\gamma\\eta)$ is measured to be $4.94\\pm0.40$, and the singlet-octet pseudoscalar mixing angle of $\\eta-\\etap$ system is determined to be $\ heta_{P}=(-22.08\\pm0.81)^{\\circ}$.

연구 동기 및 목표

• 대규모 J/ψ 붕괴 샘플을 이용해 J/ψ → γπ⁰, γη, γη′의 분해율을 정밀하게 측정하기 위해.
• 이론적 η–η′ 혼합 모델을 시험하기 위해 Γ(J/ψ →γη′)/Γ(J/ψ →γη)의 부분 폭 비율을 결정하기 위해.
• 실험 데이터에서 준입자 혼합 각도 θP를 추출하고 이론적 예측과 비교하기 위해.
• 이론적 예측과 이전 실험 결과 사이의 모순, 특히 큰 관측된 비율 R = Γ(γη′)/Γ(γη)에 대한 해소를 위해.

제안 방법

• BEPC에서 BESII 검출기로 수집한 5800만 개의 J/ψ 사건을 분석하였다.
• 최종 상태를 γπ⁰(π⁰ → γγ 경로), γη(η → γγ 또는 η → π⁰π⁺π⁻ 경로), γη′(η′ → γγ 또는 η′ → ηπ⁺π⁻ 경로)를 통해 재구성하였다.
• 운동량 재구성 및 입자 식별을 통해 배경를 억제하고 신호 붕괴를 분리하였다.
• 상관된 시스템적 불확실성을 고려하여 동시에 피팅을 수행하여 분해율을 추출하였다.
• 비율 R = Γ(γη′)/Γ(γη)를 계산하고 공식 R = (pη′/pη)³ cot²θP를 사용해 혼합 각도를 유도하였다.
• PDG 및 기타 실험의 입력 분해율, 검출기 효율 및 수용각에 대한 보정을 적용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 J/ψ → γπ⁰, γη, γη′ 붕괴에 대한 정밀한 분해율은 무엇인가?
• RQ2 측정된 비율 R = Γ(J/ψ →γη′)/Γ(J/ψ →γη)는 OZI 및 SU(3) 대칭성 기반 이론 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 η–η′ 시스템에 대한 준입자 혼합 각도 θP의 값은 무엇이며, 이는 혼합 모델에 어떤 제약을 가하는가?
• RQ4 데이터는 η 및 η′ 파동함수에 c¯c 또는 ι(1440) 혼합 성분이 포함된 모델을 지지하는가?

주요 결과

• J/ψ → γπ⁰의 분해율은 (3.13+0.65−0.44) × 10⁻⁵로 측정되었다.
• J/ψ → γη의 분해율은 (11.23 ± 0.89) × 10⁻⁴로 측정되었다.
• J/ψ → γη′의 분해율은 (5.55 ± 0.44) × 10⁻³로 측정되었다.
• 부분 폭 비율 Γ(J/ψ →γη′)/Γ(J/ψ →γη)는 4.94 ± 0.40로 측정되었다.
• 준입자 혼합 각도는 θP = (−22.08 ± 0.81)°로 결정되었으며, 이는 이론에서 예측하는 음수 값과 일치한다.
• 결과는 R = 3.9 [7]을 예측하는 모델을 3σ 이상의 수준에서 배제하지만, R = 5.1 [8]을 예측하는 모델과 1σ 이내로 일치한다.