[论文解读] Analysis of the decay $D^0 ightarrow K_{S}^{0} K^{+} K^{-}$

BESIII Collaboration, F. De Mori+484 more|arXiv (Cornell University)|Jun 4, 2020

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 1被引用 4

一句话总结

本论文首次利用BESIII实验的数据，通过Dalitz图振幅分析，对$D^0 \to K_S^0 K^+ K^-$衰变进行了绝对分支比的测量。测得的分支比为$(4.51 \pm 0.05_{\text{stat}} \pm 0.16_{\text{sys}}) \times 10^{-3}$，模型中考虑了量子纠缠效应，并包含了$a_0(980)$、$\phi(1020)$和$a_2(1320)$等共振态，同时由于模型不确定性，对双Cabibbo抑制态报告了上限。

ABSTRACT

Using a data sample of $2.93~fb^{-1}$ of $e^+e^-$ collisions collected at $\sqrt{s}=3.773 GeV$ in the BESIII experiment, we perform an analysis of the decay $D^0 ightarrow K_{S}^{0} K^{+} K^{-}$. The Dalitz plot is analyzed using $1856\pm 45$ flavor-tagged signal decays. We find that the Dalitz plot is well described by a set of six resonances: $a_0(980)^0$, $a_0(980)^+$, $ϕ(1020)$, $a_2(1320)^+$, $a_2(1320)^-$ and $a_0(1450)^-$. Their magnitudes, phases and fit fractions are determined as well as the coupling of $a_0(980)$ to $K\bar{K}$, $g_{K\bar{K}}=3.77\pm 0.24 ext{(stat.)}\pm0.35 ext{(sys.)} GeV$. The branching fraction of the decay $D^0 ightarrow K_{S}^{0} K^{+} K^{-}$ is measured using $11660\pm 118$ untagged signal decays to be $(4.51\pm 0.05 ext{(stat.)}\pm 0.16 ext{(sys.)})10^{-3}$. Both measurements are limited by their systematic uncertainties.

研究动机与目标

• 以高精度测量$D^0 \to K_S^0 K^+ K^-$衰变的绝对分支比。
• 进行Dalitz图振幅分析，识别共振贡献并建模衰变动力学。
• 在振幅模型中考虑$D^0$与$\bar{D}^0$之间的量子纠缠效应，以确保参数提取的准确性。
• 评估$a_0(980)$、$a_2(1320)$和$a_0(1450)$等共振态的显著性与拟合分数，并在模型受限时报告上限。
• 与先前测量结果进行比较，通过采用改进的共振态模型和纠缠修正，降低不确定性。

提出的方法

• 基于BESIII实验的数据，对$D^0 \to K_S^0 K^+ K^-$衰变进行Dalitz图振幅分析。
• 振幅模型包含$a_0(980)^0$、$a_0(980)^+$、$\phi(1020)$、$a_2(1320)^\pm$和$a_0(1450)^\pm$等共振态，其参数通过拟合相空间分布进行约束。
• 利用$D^0 \to K^+ \pi^-$衰变中获得的振幅比参数，将$D^0$与$\bar{D}^0$之间的量子纠缠效应纳入振幅模型，并传播模型依赖性带来的不确定性。
• 通过在Dalitz图分布上进行似然函数拟合，提取信号产额与分支比，并对量子纠缠效应进行修正。
• 通过改变振幅模型、共振态参数和纠缠假设（包括使用简化‘可见’共振态模型进行对比），评估系统性不确定性。
• 最终报告的分支比包含统计与系统性不确定性，对显著性较低的态（如$a_2(1320)^{-}$和$a_0(1450)^{-}$）提供上限。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何精确测量$D^0 \to K_S^0 K^+ K^-$衰变的绝对分支比？
• RQ2 哪些共振态对Dalitz图分布有显著贡献？其拟合分数与显著性水平如何？
• RQ3 在$D^0$与$\bar{D}^0$之间存在的量子纠缠效应如何影响振幅模型与提取的分支比？
• RQ4 为何双Cabibbo抑制态$a_2(1320)^{-}$与$a_0(1450)^{-}$的显著性较低？这对模型可靠性有何含义？
• RQ5 共振态模型的选择如何影响最终分支比与系统性不确定性？

主要发现

• 首次精确测量了$D^0 \to K_S^0 K^+ K^-$的绝对分支比，结果为$(4.51 \pm 0.05_{\text{stat}} \pm 0.16_{\text{sys}}) \times 10^{-3}$，标志着该衰变首次实现绝对测量。
• 测得$a_0(980)$与$K\bar{K}$耦合强度为$g_{K\bar{K}} = (3.77 \pm 0.24 \pm 0.35)\,\text{GeV}^{-1}$，在不确定度范围内与先前测量结果一致。
• $a_2(1320)^{+}$、$a_2(1320)^{-}$与$a_0(1450)^{-}$的联合统计显著性为$5.9\sigma$，但其个体拟合分数较小，且同位旋伙伴的显著性低于$2.1\sigma$，因此报告了上限。
• $a_0(980)^0$与$a_0(980)^+$共振态被确认为重要贡献者，其中$a_0(980)^0$的拟合分数与基于其对$K\bar{K}$耦合的预期一致。
• 包含$a_0(980)^0$、$a_0(980)^+$与$\phi(1020)$作为‘可见’共振态的模型结果一致，验证了分析对模型依赖性的鲁棒性。
• 研究发现，在双Cabibbo抑制态未被良好描述的相空间区域可能存在模型伪影，提示需谨慎解读其贡献。