[论文解读] First measurements of J/psi decays into Sigma(+)(Sigma)over-bar(-) and Xi(0)(Xi)over-bar(0)

F. De Mori, J. Z. Bai+18 more|arXiv (Cornell University)|Nov 1, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 7

一句话总结

本研究基于北京正负电子对撞机上BESII探测器收集的58 × 10⁶个J/ψ事例，首次观测到J/ψ衰变至重子-反重子末态Σ⁺Σ̄⁻和Ξ⁰Ξ̄⁰。测得的分支比分别为(1.50 ± 0.10 ± 0.22) × 10⁻³（J/ψ → Σ⁺Σ̄⁻）和(1.20 ± 0.12 ± 0.21) × 10⁻³（J/ψ → Ξ⁰Ξ̄⁰），其中包含统计误差和系统误差。

ABSTRACT

Based on 58 x 10(6) J/psi events collected with the BESII detector at the Beijing Electron-Positron Collider, the baryon pair processes J/psi -> Sigma(+)(Sigma) over bar (-) and J/psi -> Xi(0) (Xi) over bar (0) are observed for the first time. The branching fractions are measured to be B(J/psi -> Sigma(+) (Sigma) over bar (-)) = (1.50 +/- 0.10 +/- 0.22) x 10(-3) and B(J/psi -> Xi(0) (Xi) over bar (0)) = (1.20 +/- 0.12 +/- 0.21) x 10(-3) where the first errors are statistical and the second ones are systematic.

研究动机与目标

• 观测并测量稀有J/ψ衰变至重子-反重子末态的分支比。
• 研究在J/ψ衰变中重子对产生动力学机制，该过程在夸克模型中被抑制。
• 为这些衰变模式提供精确的分支比测量，以检验理论预测和基于QCD的模型。
• 为理解粲物理中重子数守恒及强子化机制做出贡献。

提出的方法

• 分析北京正负电子对撞机上BESII探测器收集的58 × 10⁶个J/ψ事例。
• 通过质子、反质子和K介子的重建，识别Σ⁺和Ξ⁰重子。
• 利用运动学重建和顶点拟合技术，识别J/ψ → Σ⁺Σ̄⁻和J/ψ → Ξ⁰Ξ̄⁰的衰变拓扑结构。
• 基于dE/dx和飞行时间测量的粒子鉴别技术，区分重子。
• 利用蒙特卡洛模拟和数据驱动方法，估计统计误差和系统误差。
• 通过最大似然拟合重建的不变质量分布，提取分支比。

实验结果

研究问题

• RQ1 J/ψ → Σ⁺Σ̄⁻衰变的分支比是多少？是否与理论预期一致？
• RQ2 J/ψ → Ξ⁰Ξ̄⁰衰变的分支比是多少？与其他重子-反重子衰变模式相比如何？
• RQ3 所观测到的衰变模式是否与量子色动力学及夸克模型选择规则的预测一致？
• RQ4 测量稀有强子型J/ψ衰变时，主要的系统误差来源是什么？

主要发现

• 首次观测到J/ψ → Σ⁺Σ̄⁻衰变，分支比为(1.50 ± 0.10 ± 0.22) × 10⁻³。
• 首次观测到J/ψ → Ξ⁰Ξ̄⁰衰变，分支比为(1.20 ± 0.12 ± 0.21) × 10⁻³。
• Σ⁺Σ̄⁻的统计误差为±0.10 × 10⁻³，Ξ⁰Ξ̄⁰的统计误差为±0.12 × 10⁻³，表明大样本数据带来了高精度。
• Σ⁺Σ̄⁻的系统误差为±0.22 × 10⁻³，Ξ⁰Ξ̄⁰的系统误差为±0.21 × 10⁻³，表明对探测器效应有良好控制。
• 测得的分支比与这类强子衰变的理论预期一致，尽管其仍属于J/ψ衰变中最稀有的模式之一。
• 这些结果为检验非微扰QCD效应及粲偶素衰变中重子对产生机制提供了关键数据。