[论文解读] Amplitude analysis of the $Λ^+_c o pK^-π^+$ decay and $Λ^+_c$ baryon polarization measurement in semileptonic beauty hadron decays

LHCb collaboration, Abdelmotteleb, Ahmed Sameh Wagih+1016 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本论文利用LHCb在13 TeV质子-质子碰撞中获得的40万例候选事例，对Λ⁺_c → pK⁻π⁺衰变进行了高精度的幅度分析，采用了一种复杂的基于螺旋度的幅度模型，并匹配了质子自旋态。该研究首次实现了对半轻衰变中Λ⁺_c baryon极化的显著测量，由于衰变的运动学结构具有强极化敏感性，使其能够用于未来新物理和QCD动力学的研究。

ABSTRACT

An amplitude analysis of $Λ^+_c o pK^-π^+$ decays together with a measurement of the $Λ^+_c$ polarization vector in semileptonic beauty hadron decays is presented. A sample of $400\,000$ candidates is selected from proton-proton collisions recorded by the LHCb detector at a center-of-mass energy of 13 TeV. An amplitude model is developed and the resonance fractions as well as two- and three-body decay parameters are reported. The mass and width of the $Λ(2000)$ state are also determined. A significant $Λ^+_c$ polarization is found. A large sensitivity of the $Λ^+_c o pK^-π^+$ decay to the polarization is seen, making the amplitude model suitable for $Λ^+_c$ polarization measurements in other systems.

研究动机与目标

• 对Λ⁺_c → pK⁻π⁺衰变进行全面的幅度分析，以解析重叠的共振态。
• 利用重建的衰变幅度，测量半轻重味强子衰变中Λ⁺_c baryon的极化。
• 开发一种对强子极化敏感的稳健幅度模型，用于新物理和QCD研究。
• 相较于先前的E791实验，将数据量提高约400倍，并解决质子自旋态匹配问题。

提出的方法

• 采用螺旋度形式化方法建模Λ⁺_c → pK⁻π⁺衰变幅度，包含具有特定自旋和宇称的中间共振态。
• 幅度模型包括K⁻π⁺、pK⁻和pπ⁺系统的共振贡献，其布莱特-维斯科普夫线形通过布拉特-魏斯科普夫形式因子修正，以考虑轨道角动量的影响。
• 将相空间变量转换为[−1, 1]范围，用于Legendre多项式展开，以建模效率和本底分布。
• 利用五个相空间变量上的因子化Legendre多项式展开构建效率和本底模型，发现变量间相关性可忽略。
• 通过衰变产物的角分布提取Λ⁺_c的极化矢量，利用该衰变对极化具有高度敏感性的特点。
• 通过一致性检验、替代模型（如LS耦合）以及幅度模型稳定性的验证，评估系统性不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 Λ⁺_c → pK⁻π⁺衰变的共振结构是什么，包括共振分数和衰变参数？
• RQ2 在半轻重味强子衰变中产生的Λ⁺_c baryon的极化状态如何？
• RQ3 Λ⁺_c → pK⁻π⁺衰变幅度对强子极化有多敏感，能否作为可靠的极化探针？
• RQ4 该衰变模式中Λ(2000)共振态的质量和宽度是多少？
• RQ5 新幅度模型在数据量和自旋态匹配方面相较于以往分析有何改进？

主要发现

• 在半轻重味强子衰变中测得Λ⁺_c baryon具有显著极化，其衰变的运动学结构使其对极化高度敏感。
• 幅度模型成功解析了pK⁻、K⁻π⁺和pπ⁺系统中的重叠共振态，报告了共振分数和衰变参数。
• 作为幅度拟合的一部分，确定了Λ(2000)共振态的质量和宽度，有助于理解激发的粲强子态。
• 该模型在40万例Λ⁺_c → pK⁻π⁺候选事例中实现了高纯度，数据量相比E791实验提高了400倍。
• 通过一致性检验验证了幅度模型的可靠性，相空间变量之间相关性可忽略。
• 在衰变链中实现质子自旋态的匹配，显著提升了极化测量的可靠性，为未来新物理和QCD研究提供了应用基础。