[论文解读] Amplitude analysis of $B^0 ightarrow \overline{D}^0 D_s^+ π^-$ and $B^+ ightarrow D^- D_s^+ π^+$ decays

LHCb collaboration, Aaij, R.+1070 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 2

一句话总结

本论文利用在 √s = 7、8 和 13 TeV 下的 pp 碰撞获得的 9 fb⁻¹ LHCb 数据，首次对 B⁰ → D̄⁰Dₛ⁺π⁻ 和 B⁺ → D⁻Dₛ⁺π⁺ 衰变进行了振幅分析。通过在同位旋对称性假设下分别和同时进行拟合，研究在 Dₛπ 最终态中发现了约 2.9 GeV 处的双荷电自旋-0 开放粲四价子候选态及其中性对应态，为 Dₛπ 通道中存在新强子态提供了有力证据。

ABSTRACT

Resonant contributions in $B^0 ightarrow \overline{D}^0 D^+_sπ^-$ and $B^+ ightarrow D^- D^+_sπ^+$ decays are determined with an amplitude analysis, which is performed both separately and simultaneously, where in the latter case isospin symmetry between the decays is assumed. The analysis is based on data collected by the LHCb detector in proton-proton collisions at center-of-mass energies of 7, 8 and 13 $ m{TeV}$. The full data sample corresponds to an integrated luminosity of 9 $ m fb^{-1}$. A doubly charged spin-0 open-charm tetraquark candidate together with a neutral partner, both with masses near $2.9\, m{GeV}$, are observed in the $D_sπ$ decay channel.

研究动机与目标

• 本研究旨在通过振幅分析识别 B⁰ → D̄⁰Dₛ⁺π⁻ 和 B⁺ → D⁻Dₛ⁺π⁺ 衰变中的共振贡献。
• 本研究旨在检验这些衰变中带电与中性 Dπ 共振态之间的同位旋对称性。
• 本研究旨在探究 Dₛπ 和 DDₛ⁺ 最终态中是否存在奇特强子态，特别是开放粲四价子。
• 本分析旨在确定激发 D 介子及潜在新共振态（包括 X(5568) 和 Zcs 状态）的性质。

提出的方法

• 振幅分析采用假设 B⁰ 和 B⁺ 衰变之间存在同位旋对称性的联合拟合框架。
• 采用三种拟合方案：对每种衰变模式分别进行拟合、共享 Dπ 共振态参数的联合 Dπ 拟合，以及同时包含 Dₛπ 和 DDₛ⁺ 共振态的完整联合拟合。
• 分析使用了在 √s = 7、8 和 13 TeV 下收集的 LHCb 数据的 9 fb⁻¹ 积分亮度。
• 通过无序扩展最大似然拟合方法对 Dalitz 图分布进行拟合，以确定信号和背景产额。
• 拟合包括 Dπ、Dₛπ 和 DDₛ⁺ 共振态的 partial-wave 振幅，共振态采用 Breit-Wigner 形式。
• 通过改变信号和背景模型、效率修正及拟合配置，评估系统性不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 B⁰ → D̄⁰Dₛ⁺π⁻ 和 B⁺ → D⁻Dₛ⁺π⁺ 衰变的 Dₛπ 最终态是否在约 2.9 GeV 处显示出双荷电四价子态的证据？
• RQ2 两种衰变模式中的 Dπ 共振态是否与同位旋对称性预测一致？
• RQ3 Tc¯s0(2900) 状态在 Dₛπ 通道中的重要性如何？其引入是否显著改善了拟合质量？
• RQ4 DDₛ⁺ 最终态中是否存在与 Zcs(3985) 或 Zcs(4000) 等奇特态一致的共振贡献？
• RQ5 Dalitz 图中的 partial-wave 振幅与干涉图样如何支持新共振结构的存在？

主要发现

• 在 Dₛπ 衰变通道中观测到一个双荷电自旋-0 开放粲四价子候选态及其对应的中性伙伴，两者的质量均接近 2.9 GeV。
• Tc¯s0(2900) 状态在 B⁰ 和 B⁺ 衰变模式中均显著改善了拟合质量。
• 振幅分析揭示了 Dπ 最终态中存在显著的共振贡献，与已知的 D∗∗ 状态（如 D∗(2460) 和 D∗(2600)）一致。
• 联合 Dπ 拟合在同位旋对称性假设下，显示出带电与中性衰变模式之间良好的一致性。
• 对 Dalitz 图分布的矩分析在 M²(Dπ) 和 M²(Dₛπ) 上至八阶均确认了结构的存在，支持新共振态的存在。
• 通过广泛的控制研究验证了信号效率和背景模型，关键参数的系统性不确定性低于 5%。