[논문 리뷰] Number of $ m J/ψ$ events at BESIII

BESIII Collaboration|Publication Server of Goethe University Frankfurt am Main (Goethe University Frankfurt)|2021. 11. 15.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 BESIII 검출기에서 수득한 J/ψ 사건 수의 정밀한 결정을 위해 포함형 J/ψ 붕괴를 사용한다. 분석은 2009년, 2012년, 2017–2019년 데이터를 재교정하여 각각 (224.0 ± 1.3)×10⁶, (1088.5 ± 4.4)×10⁶, (8774.0 ± 39.4)×10⁶의 총 J/ψ 사건 수를 도출하였으며, 모든 런 동안의 총 J/ψ 사건 수는 (10087 ± 44)×10⁶로 결정되었으며, 이는 주로 시스테마틱 불확실성에 의해 지배된다.

ABSTRACT

Using inclusive decays of the $ m J/ψ$, a precise determination of the number of $ m J/ψ$ events collected with the BESIII detector is performed. For the two data sets taken in 2009 and 2012, the numbers of $ m J/ψ$ events are recalculated to be $(224.0 \pm 1.3) imes10^6$ and $(1088.5 \pm 4.4) imes10^6$ respectively, which are in good agreement with the previous measurements. For the $ m J/ψ$ sample taken in 2017--2019, the number of events is determined to be $(8774.0 \pm 39.4) imes10^{6}$. The total number of $ m J/ψ$ events collected with the BESIII detector is determined to be $(10087 \pm 44) imes10^{6}$, where the uncertainty is dominated by systematic effects and the statistical uncertainty is negligible.

연구 동기 및 목표

• 포함형 J/ψ 붕괴 측정을 통해 BESIII 검출기에서 수득한 J/ψ 사건 수의 정밀도를 향상시키기 위해.
• 통계적 불확실성 처리를 강화하여 이전에 보고된 2009년 및 2012년 데이터의 J/ψ 사건 수를 재평가하기 위해.
• 포함형 붕괴 기법을 사용하여 2017–2019년 데이터 런 동안의 J/ψ 사건 수를 향상된 정확도로 결정하기 위해.
• 모든 데이터 샘플을 통합하여 시스테마틱 효과가 지배하는 종합적인 불확실성 예산을 포함한 총 사건 수를 도출하기 위해.
• 이전 측정치와의 일관성을 검증하면서 통계적 불확실성을 감소시키고 시스테마틱 오차 기여도를 정밀하게 보정하기 위해.

제안 방법

• J/ψ 피크 영역에서의 수익을 측정하여 포함형 붕괴를 통해 총 J/ψ 사건 수를 재구성한다.
• √s = 3.08 GeV에서 연속성 데이터 샘플을 사용하여 비공명 과정에서 기인하는 배경 기여도를 추정하고 제거한다.
• 감도 효율을 보정하기 위해 몬테카를로(MC) 시뮬레이션 기반 보정 인자를 적용하며, 데이터 기반의 트랙 다중도 분포와 일치하도록 재가중한다.
• 트래킹 효율, 배경 추정, 무작위 트리거 혼합, 소프트 파이온 선택 효율에 대해 데이터와 MC 샘플을 비교하여 시스테마틱 불확실성 평가를 수행한다.
• 독립적인 시스테마틱 불확실성을 제곱합하여, 공통된 불확실성을 선형으로 조합하여 최종 사건 수의 총 불확실성을 유도한다.
• 공식 N_J/ψ = N_data / (ε × BR)를 사용하며, 효율 ε은 MC에서 유도되고 분해비율 BR는 알려져 있다고 가정한다. 여기서 N_data는 J/ψ 피크 영역에서 관측된 수익이다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 2017–2019년 데이터 런 동안 포함형 붕괴 재구성 기법을 사용하여 BESIII에서 수득한 J/ψ 사건 수는 정확히 얼마인가?
• RQ2 다른 데이터 수집 기간(2009년, 2012년, 2017–2019년) 동안 J/ψ 사건 수의 시스테마틱 불확실성은 어떻게 변화하는가?
• RQ3 배경 추정, 트래킹 효율, 소프트 파이온 선택이 최종 J/ψ 사건 수에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ4 새로운 총 J/ψ 사건 수 결정치는 정밀도와 일관성 측면에서 이전 측정치와 비교하여 어떻게 다른가?
• RQ5 최종 J/ψ 사건 수의 주요 불확실성 원인은 무엇이며, 이는 어떻게 데이터 샘플 전반에 걸쳐 전파되는가?

주요 결과

• 2017–2019년 동안 수득된 J/ψ 사건 수는 (8774.0 ± 39.4)×10⁶로 결정되었으며, 통계적 불확실성은 미미하고 주로 시스테마틱 불확실성이 지배한다.
• 2012년 데이터 샘플은 (1088.5 ± 4.4)×10⁶의 J/ψ 사건을 기록하였으며, 이는 이전 측정치 대비 정밀도 향상된 결과이다.
• 2009년 데이터 샘플은 재계산하여 (224.0 ± 1.3)×10⁶의 J/ψ 사건으로 도출되었으며, 이전 결과와 일치하지만 정확도가 향상되었다.
• BESIII에서 모든 런 동안 수득한 총 J/ψ 사건 수는 (10087 ± 44)×10⁶로 결정되었으며, 총 불확실성은 주로 시스테마틱 효과에 의해 지배된다.
• 2017–2019년 샘플의 시스테마틱 불확실성은 0.45%이며, 주로 소프트 파이온 선택 효율(0.40%)과 MC 모델 불확실성(0.18%)에 의해 주도된다.
• 2009년 샘플의 불확실성은 가장 크며 0.56%이며, 주로 트래킹 효율(0.31%)과 MC 모델 불확실성(0.27%)에 기인한다.