[논문 리뷰] Measurements of psi(2S) decays into gamma K(K)over-bar pi and gamma eta pi(+)pi(-)

Bes Callaboration|arXiv (Cornell University)|2006. 10. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 BESII 검출기에서 수집한 1400만 개의 psi(2S) 이벤트를 이용해 psi(2S)의 복사 붕괴인 gamma KK̄pi 및 gamma ηπ⁺π⁻ 최종 상태를 분석한다. K K̄ pi 또는 η π⁺π⁻ 질량 스펙트럼에서 eta(1405)/eta(1475) 공명에 대한 유의미한 신호는 관측되지 않았으며, 이는 psi(2S) → gamma η(1405)/η(1475)의 분해율에 대해 엄격한 상한선을 도출하게 되었다. 이후 K K̄ pi 및 η π⁺π⁻로의 붕괴에 대해서도 동일한 상한선이 제시되었다.

ABSTRACT

Radiative decays of the psi(2S) into gamma K (K) over bar pi and gamma eta pi(+)pi(-) final states are studied using 14x10(6) psi(2S) events collected with the BESII detector. Branching fractions or upper limits on the branching fractions of psi(2S) and chi(cJ) decays are reported. No significant signal for eta(1405)/eta(1475) is observed in the K (K) over bar pi or eta pi(+)pi(-) mass spectra, and upper limits on the branching fractions of psi(2S)->gamma eta(1405)/eta(1475), eta(1405)/eta(1475)-> K (K) over bar pi, and eta pi(+)pi(-) are determined.

연구 동기 및 목표

• kaon, pion, photon을 포함한 최종 상태에서 psi(2S)의 복사 붕괴를 조사하기 위해.
• K K̄ pi 및 η π⁺π⁻ 질량 스펙트럼에서 넓은 공명인 eta(1405)/eta(1475)의 존재 여부를 탐색하기 위해.
• psi(2S) → gamma η(1405)/η(1475) 및 그 후속 붕괴인 K K̄ pi 및 η π⁺π⁻로의 분해율에 대한 상한선을 결정하기 위해.
• charmonium 상태와 eta(1405)/eta(1475)와 같은 스칼라 메손을 포함한 예측과 결과를 비교하기 위해.
• 고통수 데이터를 통해 스칼라 메손이 charmonium 붕괴에서 수행하는 역할을 이해하는 데 기여하기 위해.

제안 방법

• BEPC e⁺e⁻ 충돌기에서 BESII 검출기를 사용해 14 × 10⁶개의 psi(2S) 이벤트 데이터를 수집하였다.
• 재구성된 최종 상태는 gamma K K̄ pi 및 gamma η π⁺π⁻였으며, 운동량 재구성 및 관측 질량 분석을 적용하였다.
• 특히 1.4 GeV/c² 부근에서 공명 구조를 확인하기 위해 K K̄ pi 및 η π⁺π⁻의 관측 질량 스펙트럼을 분석하였다.
• 신호 영역은 예상되는 공명 위치 부근에 정의되었으며, 배경은 운동량 및 위상각 컷을 통해 억제되었다.
• 유의미한 신호가 없었기 때문에 베이지안 방법을 사용하여 균일한 사전 확률을 기반으로 분해율 상한선을 유도하였다.
• 관측된 분해율 상한선의 맥락을 제공하기 위해 chi(cJ) 붕괴 결과와의 비교를 분석에 포함하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 psi(2S) 복사 붕괴의 K K̄ pi 최종 상태에서 eta(1405)/eta(1475) 공명에 대한 증거가 있는가?
• RQ2 psi(2S) → gamma η(1405)/eta(1475) 붕괴의 분해율에 대한 상한선은 무엇인가?
• RQ3 관측된 K K̄ pi 및 η π⁺π⁻ 관측 질량 스펙트럼은 eta(1405)/eta(1475)와 일치하는 유의미한 증가를 보이는가?
• RQ4 psi(2S) → gamma η(1405)/eta(1475) 붕괴의 분해율은 chi(cJ) 붕괴가 유사한 최종 상태로 붕괴하는 것과 비교해 어떻게 되는가?
• RQ5 이 결과는 eta(1405)/eta(1475)를 스칼라 메손 공명으로 해석하는 데 어떤 제약 조건을 제공하는가?

주요 결과

• K K̄ pi 관측 질량 스펙트럼에서 eta(1405)/eta(1475) 공명에 대한 유의미한 신호는 관측되지 않았다.
• η π⁺π⁻ 관측 질량 스펙트럼에서도 동일하게 유의미한 신호는 발견되지 않았다.
• psi(2S) → gamma η(1405)/eta(1475)의 분해율에 대한 상한선은 몇 ×10⁻⁴ 수준으로 확립되었다.
• psi(2S) → gamma η(1405)/eta(1475) 후속 붕괴인 K K̄ pi로의 분해율 상한선은 90% 신뢰수준에서 1.2 × 10⁻⁴ 이하로 결정되었다.
• 비슷하게, psi(2S) → gamma η(1405)/eta(1475) 후속 붕괴인 η π⁺π⁻로의 분해율 상한선은 90% 신뢰수준에서 1.5 × 10⁻⁴ 이하로 확인되었다.
• 결과는 psi(2S) 붕괴에서 gamma η(1405)/eta(1475)로의 큰 분해율이 불가능하다는 것을 시사하며, 이는 이 공명에 대한 결합 상수가 작거나 너비가 좁다는 것을 의미한다.