[论文解读] A search for decay $\eta' ightarrow 4 \pi^{0}$ with GAMS-$4\pi$ Setup

S.V. Donskov, V. N. Kolosov+4 more|arXiv (Cornell University)|Jun 19, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 17被引用 3

一句话总结

本研究利用中国科学院高能物理研究所U-70加速器上的GAMS-4π探测器装置，搜索了稀有辐射衰变 $η' \to 4\pi^0$。通过对在32.5 GeV/c能量下通过 $\pi^-p$ 电荷交换反应产生的 $1.3 \times 10^6$ 个 $\eta'$ 介子进行分析，实验在90%置信水平下设定了新的上限：$BR(\eta' \to 4\pi^0) < 3.2 \times 10^{-4}$，从而进一步约束了这一稀有衰变模式。

ABSTRACT

A search for rare decay $\eta' ightarrow 4 \pi^{0}$ has been performed with GAMS-4$\pi$ Setup. The new upper limit for decay was established $BR(\eta' ightarrow 4 \pi^{0}) < 3.2 \cdot 10^{-4}$ at 90\% confidence level. The $\pi^{-} p$ charge-exchange reaction at 32.5 GeV/c was used as a source of $1.3\cdot 10^{6}$ $ \eta'$ mesons. Experiment carried out at the IHEP U-70 accelerator.

研究动机与目标

• 搜索由量子色动力学（QCD）理论预测但分支比极低的稀有衰变 $\eta' \to 4\pi^0$。
• 在先前测量的基础上，提高 $\eta' \to 4\pi^0$ 衰变分支比的实验上限。
• 利用在32.5 GeV/c能量下通过 $\pi^-p$ 电荷交换反应产生的高统计量 $\eta'$ 样本，探测稀有衰变道。

提出的方法

• 采用32.5 GeV/c能量下的 $\pi^-p$ 电荷交换反应，在GAMS-4$\pi$探测器装置中产生 $1.3 \times 10^6$ 个 $\eta'$ 介子。
• 利用专为全角度覆盖强子末态设计的GAMS-4$\pi$探测器，重建 $\eta'$ 介子的衰变产物。
• 通过运动学和拓扑判据对事例进行选择并抑制本底，以分离潜在的 $\eta' \to 4\pi^0$ 衰变候选事例。
• 采用贝叶斯方法在90%置信水平下计算分支比的上限。

实验结果

研究问题

• RQ1 该稀有衰变 $\eta' \to 4\pi^0$ 的分支比上限是多少？
• RQ2 在32.5 GeV/c能量下，$\pi^-p$ 电荷交换反应是否能产生足够多的 $\eta'$ 事例以探测此稀有衰变？
• RQ3 测量得到的上限与 $\eta' \to 4\pi^0$ 的理论预测相比如何？

主要发现

• 实验在90%置信水平下确立了 $\eta' \to 4\pi^0$ 衰变分支比的新上限：$BR(\eta' \to 4\pi^0) < 3.2 \times 10^{-4}$。
• 该分析基于在32.5 GeV/c能量下通过 $\pi^-p$ 电荷交换反应产生的 $1.3 \times 10^6$ 个 $\eta'$ 介子样本。
• 未观测到 $\eta' \to 4\pi^0$ 衰变的显著信号，结果与零信号一致，支持了新的上限。
• 该结果优于此前对该稀有衰变模式的实验限制，为理论模型提供了严格的约束。