[논문 리뷰] The X(4260) and possible confirmation of psi(3D), psi(5S), psi(4D), psi(6S) and psi(5D) in J/psi pi+ pi-

Eef van Beveren, George Rupp|ArXiv.org|2009. 04. 28.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 14인용 수 14

한 줄 요약

이 논문은 X(4260) 공명이 전통적인 케이런늄 상태가 아니며, D∗sD∗s 채널 근처의 임계값 효과에서 기인한다고 제안한다. 신호는 J/ψf₀(980)로의 결합과 관련이 있다. e⁺e⁻ → J/ψπ⁺π⁻ 데이터에서 누락된 신호를 분석함으로써 저자들은 ψ(3D), ψ(5S), ψ(4D), ψ(6S), ψ(5D) 상태에 대한 증거를 발견하였으며, X(4260)가 진정한 c̄c 공명이 아니라고 배제한다.

ABSTRACT

Data on e+ e- --> J/psi pi+ pi- and the X(4260) enhancement by the BABAR collaboration [ arXiv:hep-ex/0506081, arXiv:0808.1543 ] are analysed by modelling missing signals that should be present in the complete production amplitude with vector quantum numbers in the charmonium region. Thus, it is shown that the data contain evidence for the existence of the psi(5S), the psi(4D), the psi(6S) and the psi(5D) c-cbar vector states, and furthermore a clear indication for the mass and width of the psi(3D). Moreover, it is shown that signs of the psi(3S), psi(2D) and psi(4S) can be observed in the same data. Finally, it is argued that the X(4260) enhancement is not a resonance, but rather a phenomenon connected with the opening of the D(s)(*)-Dbar(s)(*) threshold and the coupling to the J/psi f(0)(980) channel.

연구 동기 및 목표

• BABAR 데이터에서 알려진 케이런늄 상태인 ψ(4160)와 ψ(4415)가 J/ψπ⁺π⁻ 최종 상태에서 기대되는 바와는 달리 나타나지 않는 데서 발생하는 모순을 해결하기 위해.
• X(4260)의 증폭이 피크로 나타나지만 진정한 공명이 아닐 수 있는 기원을 설명하기 위해.
• 이론적 생산 진폭을 모델링하고 관측된 데이터를 빼내어 이론적 진폭과 실제 데이터의 차이를 통해 J/ψπ⁺π⁻ 이외의 과정 기여를 분리함으로써 데이터에서 누락된 공명을 식별하기 위해.
• X(4260) 신호가 진정한 c̄c 공명인지, 아니면 임계값 개방과 관련된 동적 효과인지 조사하기 위해.
• 신호 재구성 기법을 통해 고차원 및 고차 궤도 진동 상태인 ψ(5S), ψ(4D), ψ(6S), ψ(5D)의 존재를 확인하기 위해.

제안 방법

• 4.3 GeV의 중심 질량과 750 MeV의 너비를 가진 넓은 Breit-Wigner 공명을 통해 이론적 선형형태를 구축하여 전체 생산 진폭을 모델링하기 위해.
• 이론적 진폭과 실제 BABAR 데이터의 차이로 누락된 신호를 정의하여 J/ψπ⁺π⁻ 이외의 기여를 분리하기 위해.
• 누락된 신호 분포를 사용하여, 캐러먼 화합물 쌍으로 붕괴함으로써 억제되는 알려진 c̄c 공명에 해당하는 골을 식별하기 위해.
• X(4260) 피크를 D∗sD∗s 채널에서의 임계값 효과로 모델링하며, J/ψf₀(980)로의 결합을 고려한다. 여기서 f₀(980)는 ππ로 약하게 결합한다.
• 관측된 피크를 직접 피팅하는 대신, 데이터에서 누락된 것을 중심으로 하는 비표준 접근법을 적용하기 위해.
• 독립적인 BELLE 데이터 분석을 통해 결과를 교차 검증하여 누락된 신호 방법의 일관성과 신뢰성을 뒷받침하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 왜 ψ(4160)와 ψ(4415)와 같은 알려진 JPC = 1⁻⁻ 케이런늄 상태들이 J/ψπ⁺π⁻ 최종 상태에서 기대되는 바와는 달리 보이지 않는가?
• RQ2 X(4260) 공명은 진정한 c̄c 상태인가, 아니면 임계값 개방과 관련된 동적 효과인가?
• RQ3 J/ψπ⁺π⁻ 단면적의 누락된 신호를 이용해 이전에 발견되지 않은 케이런늄 상태를 식별할 수 있는가?
• RQ4 D∗sD∗s 임계값과 J/ψf₀(980) 중간 상태는 X(4260) 신호의 형태를 어떻게 결정하는가?
• RQ5 4.3–4.35 GeV에 중심을 두고 있는 넓은 구조는 동적 기원을 가지며, 새로운 넓은 공명일 수 있는가?

주요 결과

• X(4260)는 진정한 c̄c 공명이 아니며, D∗sD∗s 임계값 개방에서 기인하며, J/ψf₀(980)로의 결합과 관련된다.
• ψ(3D) 공명에 대해 질량 약 4550 MeV, 실험적 기대와 일치하는 너비를 가진 명확한 신호가 확인된다.
• 누락된 신호 분석을 통해 ψ(5S)는 4790 MeV, ψ(4D)는 4870 MeV, ψ(6S)는 5130 MeV, ψ(5D)는 5290 MeV에 위치한 증거가 발견된다.
• ψ(4415) 공명은 4.421 GeV에 위치한 누락된 신호 분포에서 주요 골로 식별되며 너비는 75 MeV이다.
• 4.3 GeV에 중심을 두고 너비 750 MeV인 넓은 구조는 최근의 삼체 계산 결과와 일치하여 가능성이 있는 새로운 넓은 공명으로 해석된다.
• 분석 결과 X(4260)가 표준 c̄c 벡터 상태일 가능성은 배제되며, 그 선형형태는 공명 행동과 일치하지 않으며 오히려 임계값 증폭과 일치한다.