[论文解读] Effect of $Z_b$ states on $\Upsilon(3S) o\Upsilon(1S)\pi\pi$ decays

Yunhua Chen, B. S. Zou+4 more|arXiv (Cornell University)|Dec 11, 2015

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用 3

一句话总结

本文利用包含 Zb(10610) 和 Zb(10650) 态作为中间共振态的 dispersion 理论，研究了 Υ(3S) → Υ(1S)ππ 衰变中 ππ 不变质量谱的异常双峰结构。结果表明，这些新强子态可自然解释观测到的二聚子谱，而仅靠主导的 chiral 幅度无法再现该谱形，强调了采用 Flatté 类参数化以从数据中准确提取耦合强度的必要性。

ABSTRACT

Within the framework of dispersion theory, we analyze the dipion transitions between the lightest $\Upsilon$ states, $\Upsilon(nS) ightarrow \Upsilon(mS) \pi\pi$ with $m < n \leq 3$. In particular, we consider the possible effects of two intermediate bottomoniumlike exotic states $Z_b(10610)$ and $Z_b(10650)$. The $\pi\pi$ rescattering effects are taken into account in a model-independent way using dispersion theory. We confirm that matching the dispersive representation to the leading chiral amplitude alone cannot reproduce the peculiar two-peak $\pi\pi$ mass spectrum of the decay $\Upsilon(3S) ightarrow \Upsilon(1S) \pi\pi$. The existence of the bottomoniumlike $Z_b$ states can naturally explain this anomaly. We also point out the necessity of a proper extraction of the coupling strengths for the $Z_b$ states to $\Upsilon(nS)\pi$, which is only possible if a Flatt\'e-like parametrization is used in the data analysis for the $Z_b$ states.

研究动机与目标

• 解决 Υ(3S) → Υ(1S)ππ 衰变中长期存在的异常问题，该衰变表现出与软π子定理预期相反的双峰 ππ 不变质量谱。
• 评估 Zb(10610) 和 Zb(10650) 共振态作为中间态在介导二聚子跃迁中的作用。
• 通过 dispersion 理论以模型无关的方式引入π子之间的最终态相互作用（FSI）。
• 确定在实验分析中提取 Zb 态与 Υ(nS)π 耦合强度时，采用 Flatté 类参数化的必要性。

提出的方法

• 采用 modified Omnès 解决方案形式的 dispersion 理论，以模型无关的方式描述 ππ 最终态相互作用（FSI）。
• 将 Zb(10610) 和 Zb(10650) 态作为 dispersion 积分中的左切割，通过其传播子对振幅做出贡献。
• 在低能区域将 dispersive 振幅与主导 chiral 树幅匹配，以确定减去常数。
• 使用来自 chiral 有效场论和重夸克非相对论展开的主导 chiral 拉格朗日量，描述 S 波重夸克偶素与 π 子的耦合。
• 将理论振幅拟合至 ππ 不变质量分布和 π 子螺旋角分布的实验数据。
• 应用 Flatté 参数化以建模 Zb 共振态的线形，特别是考虑 B̄B* 等非弹性衰变道的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 Zb(10610) 和 Zb(10650) 共振态的交换是否能解释 Υ(3S) → Υ(1S)ππ 中 ππ 不变质量谱的双峰结构？
• RQ2 为何标准 chiral 振幅结合软π子定理无法再现观测到的双峰谱形？
• RQ3 ππ S 波强最终态相互作用如何影响该衰变中的二聚子谱？
• RQ4 考虑到其非弹性衰变道，提取 Zb 态与 Υ(nS)π 耦合强度的正确参数化形式是什么？
• RQ5 Flatté 参数化是否对于从实验数据中准确提取 Zb 耦合强度是必要的？

主要发现

• 将 Zb(10610) 和 Zb(10650) 共振态作为中间态引入后，成功解释了 Υ(3S) → Υ(1S)ππ 中 ππ 不变质量谱的双峰结构，而仅靠主导 chiral 振幅无法再现该谱形。
• 通过 dispersion 理论对 ππ 最终态相互作用进行模型无关处理，对描述 500–900 MeV 范围内的强 S 波相互作用至关重要。
• Zb(10610) 的谱函数比其名义宽度更窄，这是由于其与 B̄B* 态的耦合所致，表明必须从总宽度中减去 B̄B* 通道的分支宽度，才能提取真实的共振宽度。
• 发现 Zb(10610) 与 Υ(1S)π 的耦合强度显著大于其与 Υ(2S)π 的耦合强度，表明其对基态的衰变具有强烈偏好。
• Flatté 参数化对于准确提取耦合强度是必要的，因为共振态的名义宽度并非真实宽度，这是由于存在非弹性通道。
• 分析表明，该框架中相对论修正和通道耦合效应可忽略不计，从而支持使用低阶重夸克展开。