[論文レビュー] Measurement of the branching fractions for $J/\\psi\ o\\gamma\\pi^0$, $\\gamma\\eta$ and $\\gamma\\eta^{\\prime}$

F. De Mori, S.S. Fang+172 more|arXiv (Cornell University)|Oct 25, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 15

ひとこと要約

本論文は、BEPCのBESII検出器が収集した5800万件のJ/ψイベントを用いて、J/ψ → γπ⁰、γη、およびγη′の分岐率を高精度で測定した。研究では、部分幅の比 Γ(J/ψ →γη′)/Γ(J/ψ →γη) = 4.94 ± 0.40 を決定し、擬スカラー混合角 θP = (−22.08 ± 0.81)° を抽出した。これは、η–η′混合モデルに対して強い制約を与え、特に ι(1440) や c¯c の混合成分を顕著に含むモデルを支持する。

ABSTRACT

The decay modes $\\jpsi\\ar\\gamma\\pi^0, \\gamma\\eta$ and $\\gamma\\etap$ are analyzed using a data sample of 58 million $\\jpsi$ decays collected with the BESII detector at BEPC. The branching fractions are determined to be: $Br(\\jpsi\\ar\\gamma\\pi^0)=(3.13^{+0.65}_{-0.44})\ imes10^{-5}$, $Br(\\jpsi\\ar\\gamma\\eta)=(11.23\\pm0.89)\ imes10^{-4}$, and $Br(\\jpsi\\ar\\gamma\\etap)=(5.55\\pm0.44)\ imes10^{-3}$, where the errors are combined statistical and systematic errors. The ratio of partial widths $\\Gamma(\\jpsi\\ar\\gamma\\etap)/\\Gamma(\\jpsi\\ar\\gamma\\eta)$ is measured to be $4.94\\pm0.40$, and the singlet-octet pseudoscalar mixing angle of $\\eta-\\etap$ system is determined to be $\ heta_{P}=(-22.08\\pm0.81)^{\\circ}$.

研究の動機と目的

• 大規模なJ/ψ崩壊データを用いて、J/ψ → γπ⁰、γη、γη′の分岐率を高精度で測定すること。
• η–η′混合の理論的モデルを検証するため、部分幅の比 Γ(J/ψ →γη′)/Γ(J/ψ →γη) を決定すること。
• 実験データから擬スカラー混合角 θP を抽出し、理論的予測と比較すること。
• 特に、Γ(γη′)/Γ(γη) の大きな観測比 R に関して、理論的予測と以前の実験結果の不一致を解消すること。

提案手法

• BEPCで取得した5800万件のJ/ψイベントを分析した。
• 最終状態を、γπ⁰（π⁰ → γγ を経由）、γη（η → γγ または η → π⁰π⁺π⁻ を経由）、γη′（η′ → γγ または η′ → ηπ⁺π⁻ を経由）で再構築した。
• 運動量再構築と粒子識別を用いてバックグラウンドを抑制し、信号崩壊を明確に分離した。
• 相関する系統誤差を考慮して、同時にフィットを実行し、分岐率を抽出した。
• 比 R = Γ(γη′)/Γ(γη) を計算し、式 R = (pη′/pη)³ cot²θP を用いて混合角を導出した。
• PDG や他の実験からの分岐率入力、検出器効率、受容領域の補正を適用した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 J/ψ → γπ⁰、γη、γη′ 崩壊の正確な分岐率は何か？
• RQ2 測定された比 R = Γ(J/ψ →γη′)/Γ(J/ψ →γη) は、OZIおよびSU(3)対称性に基づく理論的予測とどのように一致するか？
• RQ3 η–η′系における擬スカラー混合角 θP の値は何か？ これは混合モデルにどのような制約を与えるか？
• RQ4 データは、η や η′ の波動関数に c¯c や ι(1440) の混合成分を含むモデルを支持するか？

主な発見

• J/ψ → γπ⁰ の分岐率は (3.13+0.65−0.44) × 10⁻⁵ と測定された。
• J/ψ → γη の分岐率は (11.23 ± 0.89) × 10⁻⁴ と測定された。
• J/ψ → γη′ の分岐率は (5.55 ± 0.44) × 10⁻³ と測定された。
• 部分幅の比 Γ(J/ψ →γη′)/Γ(J/ψ →γη) は 4.94 ± 0.40 と測定された。
• 擬スカラー混合角は θP = (−22.08 ± 0.81)° と決定され、理論で予測される負の値と整合的であった。
• 結果は、R = 3.9 [7] を予測するモデルを 3σ 以上で排除したが、R = 5.1 [8] を予測するモデルとは 1σ の範囲内で一致した。