[论文解读] Inclusive production of the $P_c$ resonances in $p \overline p $ collisions

D Collaboration|arXiv (Cornell University)|Oct 25, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

该论文首次在D0实验中通过$\Lambda_b^0 \to J/\psi pK^-$衰变，在质子-反质子（$p\bar{p}$）碰撞中提供了$P_c(4440)$和$P_c(4457)$五价子态的确认性证据。当同时考虑LHCb的共振参数和D0的系统不确定性时，观测到3.2σ的显著性，测得的$P_c$信号事件数为$82 \pm 37$，其比值$f = 0.61 \pm 0.23$与LHCb结果一致。

ABSTRACT

We present a study of the inclusive production in $p \overline p $ collisions of the pentaquark states $P_c(4440)$ and $P_c(4457)$ with the decay to the $J/ψp$ final state previously observed by the LHCb experiment. Using a sample of candidates originating from decays of $b$-flavored hadrons, we find an enhancement in the $J/ψp$ invariant mass distribution consistent with a sum of $P_c(4440)$ and $P_c(4457)$. The significance, with the input parameters set to the LHCb values, is $3.0σ$. This is the first confirmatory evidence for these pentaquark states. We measure the ratio $N_{ m prompt}/N_{ m nonprompt}=0.05 \pm 0.39$ and set an upper limit of 0.8 at the 95\% credibility level. The ratio of the yield of the $P_c(4312)$ to the sum of $P_c(4440)$ and $P_c(4457)$ is less than 0.6 at the 95\% credibility level. The study is based on $10.4~ m{fb^{-1}}$ of data collected by the D0 experiment at the Fermilab Tevatron collider.

研究动机与目标

• 在Tevatron的$p\bar{p}$碰撞中搜索$P_c$五价子共振态的包容性产生。
• 在不同于LHCb的对撞环境测试$P_c(4440)$和$P_c(4457)$态的存在性。
• 研究$\Lambda_b^0 \to P_c X$衰变中$X \neq K^-$的可能，超越$K^-$末态。
• 测量$P_c$态的即时产生与非即时产生的比例，并与LHCb结果进行比较。
• 利用D0数据评估$P_c$信号事件数和$f$-比值与LHCb报告值的一致性。

提出的方法

• 通过$J/\psi \to \mu^+\mu^-$和来自位移顶点的$pK^-$候选事例，重建$\Lambda_b^0 \to J/\psi pK^-$衰变。
• 应用至少$3\sigma$的横向位移切割，远离$p\bar{p}$相互作用顶点，并施加指向角约束（$\alpha < 0.06$弧度）。
• 将$\Lambda_b^0$信号区域定义为5.52–5.72 GeV，对应质量分辨率的$\pm 2.5$个标准差。
• 使用$B^0_d \to J/\psi K^\pm\pi^\mp$衰变（峰值背景）和多重体$H_b$衰变（下降背景）建模背景。
• 在$\Lambda_b^0$区域对$J/\psi p$不变质量分布进行拟合，采用LHCb给出的质量和宽度的共振形状。
• 施加$M(pK) > 1.9$ GeV切割以抑制$\Lambda_b \to J/\psi \Lambda^*$贡献，如LHCb所做，以检验信号的稳健性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在Tevatron的包容性$p\bar{p}$碰撞中，是否存在$P_c(4440)$和$P_c(4457)$五价子态的证据？
• RQ2 当同时包含D0系统不确定性和LHCb共振参数不确定性时，$P_c$信号的统计显著性是多少？
• RQ3 数据是否支持$\Lambda_b^0 \to P_c X$衰变中$X \neq K^-$的情况，即超越$K^-$末态？
• RQ4 $P_c(4440)$与$P_c(4457)$的事件数之比是多少？与LHCb测量值相比如何？
• RQ5 是否存在$P_c(4450)$态即时产生的证据，还是其主要为非即时产生？

主要发现

• 当同时包含D0系统不确定性和LHCb共振参数不确定性时，观测到$P_c(4440)$和$P_c(4457)$信号的显著性为3.2σ。
• 拟合得到的信号事件数为$82 \pm 37$，当仅使用D0不确定性时，统计显著性为3.7σ。
• 测得的比值$f = N(4440)/(N(4440)+N(4457)) = 0.61 \pm 0.23$与LHCb结果一致。
• 在施加$M(pK) > 1.9$ GeV切割以抑制$\Lambda_b \to J/\psi \Lambda^*$贡献后，信号事件数降至$13 \pm 14$，表明可能存在其他$X$末态的贡献。
• $P_c(4312)$与$P_c(4440)$和$P_c(4457)$之和的比值为$0.18 \pm 0.22$，与LHCb测量结果一致。
• 未发现$P_c(4450)$态即时产生的证据，$N_{\rm prompt}/N_{\rm nonprompt} = 0.1 \pm 0.4$，在95%可信度水平下上限为0.9。