[論文レビュー] Observation of the Upsilon(2 3D1) and indication of the Upsilon(1 3D1)

Eef van Beveren, George Rupp|arXiv (Cornell University)|Sep 21, 2010

Soft tissue tumor case studies被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、BABARデータからの証拠を提示し、$Υ(1\,{}^{3\!}D_{1})$ および $Υ(2\,{}^{3\!}D_{1})$ ハイパーフォトン状態の存在を示している。観測された質量はそれぞれ10098 ± 5 MeVおよび10495 ± 5 MeVである。$Υ(2\,{}^{3\!}D_{1})$ 状態は10.7標準偏差の有意性で観測された一方、$Υ(1\,{}^{3\!}D_{1})$ 状態は3.0標準偏差の兆候を示し、共鳴スペクトル展開の調和振動子近似（HORSE）モデルを支持している。

ABSTRACT

We present evidence, from published BABAR data, for the existence of further excitations in the b-bbar spectrum, namely the long-awaited Upsilon(1D) and Upsilon(2D) with central masses of 10098 pm 5 MeV and 10492 pm 5 MeV, respectively. The significance of the Upsilon(1 3D1) and Upsilon(2 3D1) signals is found to be 3.0 and 10.7 standard deviations, respectively.

研究の動機と目的

• 公開済みのBABAR $e^+e^-$ 衝突データを用いて、$b\bar{b}$ スペクトルにおける長年にわたる探求が続けられていた $\Upsilon(1\,{}^{3\!}D_{1})$ および $\Upsilon(2\,{}^{3\!}D_{1})$ 状態を同定すること。
• クォーカー状態スペクトルの共鳴スペクトル展開（HORSE）モデルにおける調和振動子近似の予測を検証すること。
• 短距離での波動関数が小さいため、$e^+e^-$ annihilations において抑制されることが予想される $D$-波クォーカー状態の実験的確認が長年欠落していた問題を解決すること。
• 特に $^3S_1$--$^3D_1$ 混成が、$B\bar{B}$ 閾値付近の状態の $e^+e^-$ 耦合を強化する役割を果たす、結合チャネル効果の役割を調査すること。

提案手法

• 347.5 fb$^{-1}$ のBABARデータから得られた、$e^+e^- \to \pi^+\pi^- \Upsilon(1S) \to \pi^+\pi^- e^+e^-$ イベントの不変質量分布を分析した。
• $\Upsilon(1S)$ 質量の周囲±30 MeVの狭い質量ウィンドウを用い、潜在的な $^3D_1$ 共鳴信号を隔離し、バックグラウンドの汚染を最小限に抑えた。
• ウィンドウサイズ $\Delta$ の関数として各チャンクにおけるイベント数を二次関数でフィットし、バックグラウンドの増加をモデル化し、過剰信号を同定した。
• 標準偏差の計算を用いて観測された増強の統計的有意性を評価した。$Υ(2\,{}^{3\!}D_{1})$ シグナルは10.7σ、$Υ(1\,{}^{3\!}D_{1})$ シグナルは3.0σの有意性を示した。
• HORSEモデルからの理論的期待値と結果を比較し、$^3S_1$--$^3D_1$ 混成に及ぼす仮想メソンループ効果の影響を検討した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $\Upsilon(1\,{}^{3\!}D_{1})$ 状態は存在するのか？ また、$e^+e^-$ annihilations データから観測可能か？
• RQ2 $\Upsilon(2\,{}^{3\!}D_{1})$ 状態は検出可能か？ また、結合チャネル効果による強化により、$\Upsilon(1\,{}^{3\!}D_{1})$ 状態よりも信号強度が高くなるか？
• RQ3 観測された質量と有意性レベルは、クォーカー状態の共鳴スペクトル展開（HORSE）モデルにおける調和振動子近似を支持するか？
• RQ4 観測された $\Upsilon(2\,{}^{3\!}D_{1})$ と $\Upsilon(1\,{}^{3\!}D_{1})$ の信号強度の差は、仮想 $B\bar{B}$ および $B\bar{B}^*$ 状態に起因する $^3S_1$--$^3D_1$ 混成によって説明可能か？

主な発見

• $\Upsilon(2\,{}^{3\!}D_{1})$ 状態は10.7標準偏差の有意性で観測され、中央質量は10495 ± 5 MeVに一致している。
• $\Upsilon(1\,{}^{3\!}D_{1})$ 状態は3.0標準偏差の有意性で示唆されており、中央質量は10098 ± 5 MeVに一致している。
• $^3D_1$ 状態間の質量間隔が約380 MeVであることは、$Υ(10860)$ 共鳴状態が $^5S_1$ 状態ではなく $^3D_1$ 状態であるという仮定を支持している。
• $\Upsilon(2\,{}^{3\!}D_{1})$ の信号が $\Upsilon(1\,{}^{3\!}D_{1})$ よりも強いのは、$B\bar{B}$ 閾値に近接しているため $^3S_1$ 混成成分が増強され、$e^+e^-$ 耦合が強化されたためである。
• これらの結果は、HORSEモデルおよびクォーカー状態スペクトルにおける結合チャネル効果の非摂動的取り扱いを強く支持している。
• これらの発見は、$\Upsilon(10580)$ が $\Upsilon(4S)$ 共鳴状態ではなく、$B\bar{B}$ 閾値近傍の強度増強である可能性を示唆しており、以前の解析と整合的である。