[논문 리뷰] Observation of the Upsilon(2 3D1) and indication of the Upsilon(1 3D1)

Eef van Beveren, George Rupp|arXiv (Cornell University)|2010. 09. 21.

Soft tissue tumor case studies인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 BABAR 데이터로부터 $Υ(1 y{3 y{D_{1}}})$ 및 $Υ(2 y{3 y{D_{1}}})$ 쿼크형 상태의 존재를 제시한다. 관측된 질량은 각각 10098 ± 5 MeV 및 10495 ± 5 MeV이며, $Υ(2 y{3 y{D_{1}}})$ 상태는 10.7 표준편차의 유의성으로 관측되었고, $Υ(1 y{3 y{D_{1}}})$ 상태는 3.0 표준편차의 신호를 보이며, 공진선 스펙트럼 전개의 조화진동자 근사(HORSE) 모델을 지지한다.

ABSTRACT

We present evidence, from published BABAR data, for the existence of further excitations in the b-bbar spectrum, namely the long-awaited Upsilon(1D) and Upsilon(2D) with central masses of 10098 pm 5 MeV and 10492 pm 5 MeV, respectively. The significance of the Upsilon(1 3D1) and Upsilon(2 3D1) signals is found to be 3.0 and 10.7 standard deviations, respectively.

연구 동기 및 목표

• 공개된 BABAR $e^+e^-$ 충돌 데이터를 사용하여 $b\bar{b}$ 스펙트럼 내에서 오랫동안 찾던 $\Upsilon(1\,{}^{3\!}D_{1})$ 및 $\Upsilon(2\,{}^{3\!}D_{1})$ 상태를 규명하는 것.
• 쿼크형 스펙트럼학에 대한 공진선 스펙트럼 전개의 조화진동자 근사(HORSE) 모델의 예측을 검증하는 것.
• 짧은 거리에서 파동함수의 크기가 작아 $e^+e^-$ 결합에서 억제될 것으로 예상되는 $D$-파 쿼크형 상태들이 실험적으로 확인되지 않은 장기적인 부재 문제를 해결하는 것.
• 특히 $^3S_1$--$^3D_1$ 혼합을 통한 연계된 채널 효과가 $B\bar{B}$ 임계점 근처 상태의 $e^+e^-$ 결합을 강화시키는 역할을 하는지 조사하는 것.

제안 방법

• 347.5 fb$^{-1}$의 BABAR 데이터에서 $e^+e^- \to \pi^+\pi^- \Upsilon(1S) \to \pi^+\pi^- e^+e^-$ 사건의 진동 질량 분포를 분석하였다.
• $\Upsilon(1S)$ 질량 주변 ±30 MeV의 좁은 질량 창을 사용하여 잠재적인 $^3D_1$ 공진선 신호를 고립시키고 배경 오염을 최소화하였다.
• 배경 증가를 모델링하고 초과를 식별하기 위해 창 크기 $\Delta$에 대한 각 밴드의 사건 수를 이차 함수로 피팅하였다.
• 표준편차 계산을 통해 관측된 초과의 통계적 유의성을 평가하였으며, $Υ(2\,{}^{3\!}D_{1})$ 신호는 10.7σ의 유의성을 보였고, $Υ(1\,{}^{3\!}D_{1})$ 신호는 3.0σ였다.
• HORSE 모델의 이론적 예측과 결과를 비교하고, 가상의 메손 루프 효과가 $^3S_1$--$^3D_1$ 혼합에 미치는 영향을 고려하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 관측된 $\Upsilon(1\,{}^{3\!}D_{1})$ 상태는 존재하는가? 그리고 $e^+e^-$ 결합 데이터에서 관측될 수 있는가?
• RQ2 $\Upsilon(2\,{}^{3\!}D_{1})$ 상태는 검출 가능하며, 연계된 채널 효과로 인한 증폭된 결합으로 인해 $\Upsilon(1\,{}^{3\!}D_{1})$ 상태보다 신호 강도가 더 강한가?
• RQ3 관측된 질량과 유의성 수준이 쿼크형 상태에 대한 공진선 스펙트럼 전개의 조화진동자 근사(HORSE) 모델을 지지하는가?
• RQ4 관측된 $Υ(2\,{}^{3\!}D_{1})$와 $Υ(1\,{}^{3\!}D_{1})$ 사이의 신호 강도 차이를 가상의 $B\bar{B}$ 및 $B\bar{B}^*$ 상태에 의해 유도된 $^3S_1$--$^3D_1$ 혼합으로 설명할 수 있는가?

주요 결과

• $\Upsilon(2\,{}^{3\!}D_{1})$ 상태는 10.7 표준편차의 유의성로 관측되었으며, 중심 질량은 10495 ± 5 MeV였다.
• $\Upsilon(1\,{}^{3\!}D_{1})$ 상태는 3.0 표준편차의 유의성로 나타났으며, 중심 질량은 10098 ± 5 MeV와 일치하였다.
• $^3D_1$ 상태들 사이의 관측된 질량 간격 약 380 MeV는 $Υ(10860)$ 공진선이 $^5S_1$ 상태가 아니라 $^3D_1$ 상태로 할당되는 것을 지지한다.
• $\Upsilon(2\,{}^{3\!}D_{1})$ 상태의 더 강한 신호는 $B\bar{B}$ 임계점에 가까운 위치에서 유도된 $^3S_1$ 혼합 증가로 인해 더 강한 $e^+e^-$ 결합이 발생했기 때문으로 기인한다.
• 결과는 HORSE 모델과 그 쿼크형 스펙트럼학에서 연계된 채널 효과를 비중간론적으로 다루는 데 강력한 지지를 제공한다.
• 이러한 발견들은 $Υ(10580)$ 상태가 $Υ(4S)$ 공진선이 아니라 $B\bar{B}$ 임계점 근처의 강화 현상임을 시사하며, 이는 이전 분석과 일치한다.