[论文解读] Comment on "e+ e- annhilation into J/psi J/psi"

Belle Collaboration, Ken Abe|ArXiv.org|Jun 5, 2003

Algorithms and Data Compression被引用 3

一句话总结

本文研究了观测到的 $e^+e^-$ 反应生成 $J/\psi\eta_c$ 是否可能受到 $J/\psi J/\psi$ 事件的污染，从而导致测量截面被高估。利用 Belle 实验的 101.8 fb$^{-1}$ 数据，作者进行了反冲质量分析，并在 90% 置信水平下设定了 $J/\psi J/\psi$ 产生的严格上限，为 0.008 pb，从而排除了该解释作为非相对论性 QCD 预测与实验结果之间差异的原因。

ABSTRACT

Using a data sample of 101.8 fb collected by the Belle detector at the KEKB asymmetric energy e+ e- collider, we confirm our published observation of e+ e- -> J/psi eta_c and find no evidence for the process e+ e- -> J/psi J/psi. The latter process was suggested as means to explain the large discrepancy between the published Belle result and theoretical predictions.

研究动机与目标

• 检验观测到的 $e^+e^- \to J/\psi\eta_c$ 信号是否可由误识别的 $J/\psi J/\psi$ 事件解释。
• 评估通过两个虚光子过程产生的 $J/\psi J/\psi$ 的贡献，该过程曾被提出作为 Belle 测量结果与非相对论性 QCD 预测之间差异的可能解释。
• 利用更大数据样本确认 $J/\psi\eta_c$ 信号，并排除反冲质量标度偏移带来的系统性偏差。
• 在最小化灵敏度的探测效率假设下，对 $J/\psi J/\psi$ 截面设定保守上限。

提出的方法

• 利用 Belle 实验的 101.8 fb$^{-1}$ 数据，对 $e^+e^- \to J/\psi X$ 事件进行反冲质量谱分析。
• 使用蒙特卡洛模拟来建模包括 $\eta_c$、$\chi_{c0}$、$\chi_{c1}$、$\chi_{c2}$、$\psi(2S)$ 和 $\eta_c(2S)$ 在内的底夸克偶素态的信号线型。
• 在反冲质量低于开放底夸克阈值的区域（$M_{\text{recoil}} < 3.7$ GeV/$c^2$）中，背景采用二阶多项式函数参数化。
• 将 $\eta_c$、$\chi_{c0}$ 和 $\eta_c(2S)$ 的质量位置作为自由参数处理；其余粒子质量固定在标称值。
• 通过将 $J/\psi$、$\chi_{c1}$、$\chi_{c2}$ 和 $\psi(2S)$ 的产额约束为零或其 90% 置信水平上限，以获得保守的限制。
• 利用 $\psi(2S) \to J/\psi \pi^+\pi^-$ 衰变进行系统性检查，以校准和验证反冲质量标度，发现偏移小于 3 MeV/$c^2$。

实验结果

研究问题

• RQ1 观测到的 $e^+e^- \to J/\psi\eta_c$ 信号是否可能显著受到 $J/\psi J/\psi$ 事件的污染？
• RQ2 $J/\psi J/\psi$ 产生率是否足够高，足以解释 Belle 测量结果与 NRQCD 预测之间的差异？
• RQ3 反冲质量重建中的动量标度偏差是否会影响 $\eta_c$ 峰的位置或宽度？
• RQ4 在 90% 置信水平下，$e^+e^- \to J/\psi J/\psi$ 截面的上限是多少？
• RQ5 能否利用更大数据样本和改进的系统性控制，独立确认 $J/\psi\eta_c$ 信号？

主要发现

• $\eta_c$ 信号被确认，其事例数为 $175 \pm 23$ 个，质量为 $2.972 \pm 0.007$ GeV/$c^2$。
• $\chi_{c0}$ 状态被观测到，其事例数为 $61 \pm 21$ 个，质量为 $3.409 \pm 0.010$ GeV/$c^2$。
• $\eta_c(2S)$ 状态被观测到，其事例数为 $107 \pm 24$ 个，质量为 $3.630 \pm 0.008$ GeV/$c^2$。
• $J/\psi$ 事例数测量结果为 $-9 \pm 17$，与零一致，表明 $J/\psi J/\psi$ 贡献不显著。
• 在 90% 置信水平下，$\sigma(e^+e^- \to J/\psi J/\psi) \times \mathcal{B}(J/\psi \to \text{>2 个带电粒子})$ 的上限小于 0.008 pb。
• 未发现显著的反冲质量标度偏移，偏移量低于 3 MeV/$c^2$，验证了质量重建的准确性。