[논문 리뷰] Study of Three-Body Y(10860) Decays

I. Adachi, K. Adamczyk외 338명|arXiv (Cornell University)|2012. 09. 28.

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions참고 문헌 1인용 수 23

한 줄 요약

이 연구는 벨 실험에서 확보한 121 fb⁻¹의 e⁺e⁻ 충돌 데이터를 이용해 Y(10860) 공명의 삼체 붕괴를 분석하며, 달리츠 플롯 분석을 통해 Y(10860) → Y(nS)π⁺π⁻ (n=1,2,3) 및 Y(10860) → h_b(mP)π⁺ (m=1,2) 붕괴의 분해율을 측정한다. 주요 결과로는 Z_b(10610) → BB* 붕괴의 분해율 비율이 6.2 ± 0.7로 측정되었으며, 이는 Z_b 상태가 분자 상태 또는 테트라쿼크임을 규명하는 데 중요한 제약 조건을 제공한다.

ABSTRACT

We report preliminary results on the analysis of the three-body Y(10860)=> B barB pi, Y(10860) => (B barB* + c.c.) pi and Y(10860)=> B* barB* pi decays including an observation of the Y(10860)=> Zb(10610)+- pi-+ => [B barB*+c.c]+- pi-+ and Y(10860)=> Zb(10650)+- pi-+ => [B* barB*]+- pi-+ decays as intermediate channels. We measure branching fractions of the three-body decays to be Br(Y(10860)=> [B barB*+c.c.]+- pi-+)=(28.3+-2.9+-4.6)x10^{-3} and Br(Y(10860)=> [B* barB*]+- pi-+)=(14.1+-1.9+-2.4)x10^{-3} and set 90% C.L. upper limit Br(Y(10860)=> [B barB]+- pi-+)<4.0x10^{-3}. We also report results on the amplitude analysis of the three-body Y(10860)=>Y(nS)pi+pi-, n=1,2,3 decays and the analysis of the internal structure of the three-body Y(10860)=>hb(mP)pi+pi-, m=1,2 decays. The results are based on a 121.4 1/fb data sample collected with the Belle detector at a center-of-mass energy near the Y(10860).

연구 동기 및 목표

• 대규모 e⁺e⁻ 데이터 샘플을 이용해 Y(10860)의 붕괴에 대한 Y(nS)π⁺π⁻ 및 h_b(mP)π⁺ 최종 상태의 분해율을 측정한다.
• Y(10860)의 삼체 붕괴에서 Y(nS) 및 h_b(mP) 상태의 상대 기여도를 평가하여 분자 또는 테트라쿼크 구조 가설을 검증한다.
• Z_b(10610) → BB*의 분해율 비율을 다른 붕괴 모드와 비교하여 부모온 상태의 역학에 대한 통찰을 제공한다.
• 이전의 벨 측정 결과와 비교하여 실험적 불확실성 범위 내에서 일관성을 평가한다.
• 분해율 측정의 정밀도를 확보하기 위해 단면적, 분해율 및 재구성 효율성에서 기인하는 시스템적 불확실성을 평가한다.

제안 방법

• 분석은 π⁺π⁻ 시스템의 진동 질량을 재구성하기 위해 달리츠 플롯 피팅을 사용하며, Y(10860) → Y(nS)π⁺π⁻ 및 Y(10860) → h_b(mP)π⁺ 붕괴 진폭을 브라이트-워너 형태로 모델링한다.
• 신호 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 재구성 효율을 산정하며, 트리거 및 트래킹 효율성을 포함한다. 명목 모델은 달리츠 피팅 결과를 기반으로 한다.
• 시스템적 불확실성은 Y(10860) 단면적(4.7%), Y(nS) → μ⁺μ⁻ 분해율(2.0–9.6%), 신호 수확량(4.5–5.3%), 트래킹 효율성(4%)에서 기인한다.
• 전반적인 시스템적 불확실성은 각각 Y(1S), Y(2S), Y(3S) 최종 상태에 대해 7.9%, 12.0%, 12.4%이다.
• 분해율 비율은 Z_b(10610) → BB* 붕괴 모드의 수확량과 Y(nS)π⁺π⁻ 및 h_b(mP)π⁺ 붕괴 모드의 수확량을 비교하여 추출한다.
• 분석은 Z_b(10610) 및 Z_b(10650) 붕괴가 관측된 Y(nS), h_b(mP), BB*/* 채널에 의해 포화되어 있으며, 비율은 이를 기반으로 정규화된다고 가정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Y(10860)의 붕괴에 대한 Y(nS)π⁺π⁻ 및 h_b(mP)π⁺ 최종 상태의 분해율은 무엇인가?
• RQ2 이전에 더 작은 데이터 샘플을 사용한 벨 측정 결과와 비교하여 측정된 분해율은 어떻게 다른가?
• RQ3 Z_b(10610) → BB* 붕괴의 비율은 다른 붕괴 모드에 비해 어느 정도인가?
• RQ4 관측된 붕괴 패atters는 Z_b 상태의 분자 또는 테트라쿼크 해석을 어느 정도 지지하는가?
• RQ5 분해율 측정에서 주요 시스템적 불확실성 원인은 무엇인가?

주요 결과

• Z_b(10610) → BB* 붕괴의 분해율 비율은 모든 다른 Y(nS)π⁺ 및 h_b(mP)π⁺ 붕괴 모드에 비해 6.2 ± 0.7 ± 1.3⁺⁰·⁰₋₁.⁸로 측정되었다.
• Z_b(10650)의 경우 해당 비율은 2.8 ± 0.4 ± 0.6⁺⁰·⁰₋₀.⁴로 측정되어 B*B* 붕괴 모드에 상당한 기여가 있음을 시사한다.
• Z_b(10610) → Y(1S)π⁺, Y(2S)π⁺, Y(3S)π⁺, h_b(1P)π⁺, h_b(2P)π⁺ 붕괴의 분해율은 각각 0.32±0.09%, 4.38±1.21%, 2.15±0.56%, 2.81±1.10%, 4.34±2.07%로 측정되었다.
• Z_b(10650) → Y(1S)π⁺, Y(2S)π⁺, Y(3S)π⁺, h_b(1P)π⁺, h_b(2P)π⁺ 붕괴의 분해율은 각각 0.24±0.07%, 2.40±0.63%, 1.64±0.40%, 7.43±2.70%, 14.8±6.22%로 측정되었다.
• Z_b(10650) → B*B* 붕괴 모드는 73.4±7.0%의 비율로 우세하여 B*B* 최종 상태를 강하게 선호함을 나타낸다.
• 결과는 이전에 21 fb⁻¹의 데이터로 수행한 벨 측정과 일관되며, 다양한 데이터 샘플 간 분해율 측정의 안정성을 확인한다.