[논문 리뷰] Partial wave analyses of J/ψ→γπ+π− and γπ0π0

F. De Mori, J. Z. Bai외 172명|arXiv (Cornell University)|2006. 11. 23.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 19인용 수 22

한 줄 요약

이 연구는 BES II 검출기에서 확보한 5800만 개의 J/ψ 사건을 이용하여 J/ψ → γπ⁺π⁻ 및 γπ⁰π⁰ 붕괴의 부분파 분석을 수행한다. 상대론적 공변 텐서 진폭 방법을 사용하여 1466 ± 6 ± 20 MeV/c² 및 1765⁻³⁺⁴ ± 13 MeV/c² 에서 두 개의 넓은 0⁺⁺ 상태를 식별하였으며, 첫 번째 상태에 대해 스핀-0이 스핀-2보다 강력한 증거를 보이며, J/ψ → γf₀(1500) → γπ⁺π⁻의 분해율은 (0.67 ± 0.02 ± 0.30) × 10⁻⁴로 측정되었다.

ABSTRACT

Abstract Results are presented on J / ψ radiative decays to π + π − and π 0 π 0 based on a sample of 58M J / ψ events taken with the BES II detector. Partial wave analyses are carried out using the relativistic covariant tensor amplitude method in the 1.0 to 2.3 GeV / c 2 π π mass range. There are conspicuous peaks due to the f 2 ( 1270 ) and two 0 + + states in the 1.45 and 1.75 GeV / c 2 mass regions. The first 0 + + state has a mass of 1466 ± 6 ± 20 MeV / c 2 , a width of 108 −11 +14 ± 25 MeV / c 2 , and a branching fraction B ( J / ψ → γ f 0 ( 1500 ) → γ π + π − ) = ( 0.67 ± 0.02 ± 0.30 ) × 10 −4 . Spin 0 is strongly preferred over spin 2. The second 0 + + state peaks at 1765 −3 +4 ± 13 MeV / c 2 with a width of 145 ± 8 ± 69 MeV / c 2 . If this 0 + + is interpreted as coming from f 0 ( 1710 ) , the ratio of its branching fractions to ππ and K K ¯ is 0.41 −0.17 +0.11 .

연구 동기 및 목표

• J/ψ의 π⁺π⁻ 및 π⁰π⁰ 최종 상태로의 방사 붕괴에서 공명 구조를 조사한다.
• 1.0–2.3 GeV/c² 질량 범위 내에서 스칼라(0⁺⁺) 공명 상태를 식별하고 특성화한다.
• 관측된 공명 상태, 특히 f₂(1270) 및 두 개의 0⁺⁺ 상태에 대한 스핀 및 양자수 할당을 규명한다.
• 특히 f₀(1500) 및 f₀(1710)에 대한 분해율과 부분 폭을 측정한다.

제안 방법

• 부분파 진폭 분석에 상대론적 공변 텐서 진폭 방법을 적용하였다.
• BES II 검출기에서 확보한 5800만 개의 J/ψ 사건을 분석하였다.
• 1.0–2.3 GeV/c²의 진동 질량 범위에서 ππ 최종 상태를 기술하기 위해 동역학적 진폭 모델을 사용하였다.
• 공명 파aram터를 추출하기 위해 π⁺π⁻ 및 π⁰π⁰ 최종 상태를 동시에 피팅하였다.
• 질량, 폭 및 분해율을 추출하기 위해 우도 기반 피팅 절차를 적용하였다.
• 우도 비율 및 적합도 검정을 통해 스핀-0 대 스핀-2 가설을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 1.0–2.3 GeV/c² 질량 범위 내에서 J/ψ → γπ⁺π⁻ 및 γπ⁰π⁰ 붕괴에서 어떤 공명 상태가 생성되는가?
• RQ2 1.45 및 1.75 GeV/c² 부근에서 관측된 두드러진 0⁺⁺ 상태의 스핀 양자수는 무엇인가?
• RQ3 J/ψ → γf₀(1500) → γπ⁺π⁻의 분해율은 얼마이며, 다른 붕괴 모드와 비교해보면 어떠한가?
• RQ4 1765 MeV/c² 상태의 ππ 붕괴 분해율은 K K̄ 붕괴와 비교해 어떻게 되는가?
• RQ5 ππ 최종 상태에서 관측된 f₂(1270) 공명 상태의 의미는 무엇인가?

주요 결과

• 1466 ± 6 ± 20 MeV/c² 에서 0⁺⁺ 상태가 관측되었으며, 폭은 108⁻¹¹⁺¹⁴ ± 25 MeV/c² 이다.
• J/ψ → γf₀(1500) → γπ⁺π⁻의 분해율은 (0.67 ± 0.02 ± 0.30) × 10⁻⁴ 로 측정되었다.
• 우도 비율 분석에 기반하여 1466 MeV/c² 상태에 대해 스핀-0이 스핀-2보다 강력히 선호된다.
• 1765⁻³⁺⁴ ± 13 MeV/c² 에서 두 번째 0⁺⁺ 상태가 관측되었으며, 폭은 145 ± 8 ± 69 MeV/c² 이다.
• f₀(1710)로 해석할 경우, ππ 및 K K̄ 붕괴 분해율의 비율은 0.41⁻⁰.¹⁷⁺⁰.¹¹ 이다.
• f₂(1270) 공명 상태는 ππ 진동 질량 스펙트럼에서 명확하게 관측된다.