[论文解读] Evidence for a Zb0(10610) in Dalitz analysis of Y(5S) -> Y(nS) pi0 pi0

I. Adachi, T. Kuhr+324 more|arXiv (Cornell University)|Jul 18, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 12

一句话总结

该论文通过Belle实验采集的数据，对Υ(5S) → Υ(2S)π⁰π⁰衰变过程中的Dalitz图分析，提供了中性底胶子共振态Z⁰_b(10610)的证据。信号的显著性为5.3σ（包含模型和系统误差时为4.9σ），测得质量为10609⁺⁸₋₆±6 MeV/c²，与带电的Z±_b(10610)态一致，而未发现Z⁰_b(10650)的显著证据。

ABSTRACT

We report the first observation of Y(5S) -> Y(1,2S) pi0 pi0 decays. Evidence for the Zb0(10610) with 4.9sigma significance is found in a Dalitz plot analysis of Y(5S) -> Y(2S) pi0 pi0 decays. The results are obtained with a 121.4 fb^-1 data sample collected with the Belle detector at the Y(5S) resonance at the KEKB asymmetric-energy e+e- collider.

研究动机与目标

• 通过Dalitz图分析，搜索Υ(5S)衰变中Υ(2S)π⁰π⁰末态的窄共振态。
• 确定理论预测为带电Z±_b(10610)态中性对应态的中性Z⁰_b(10610)共振态的存在及其性质。
• 在考虑模型和系统误差的前提下，确定Z⁰_b(10610)共振态的显著性和质量。
• 检验观测到的共振态是否与同位旋对称性一致，并与Z±_b态的先前测量结果进行比较。
• 评估在当前数据样本大小和分辨率条件下，是否可能观测到Z⁰_b(10650)态。

提出的方法

• 利用KEK B工厂的Belle探测器采集的121 fb⁻¹积分亮度数据，对Υ(5S) → Υ(2S)π⁰π⁰衰变进行Dalitz图分析。
• 采用分箱的最大似然拟合方法对Dalitz图分布进行拟合，使用相对论性Breit-Wigner振幅对Z⁰_b(10610)共振态进行建模。
• 通过包含动态振幅模型的非共振π⁰π⁰振幅和f₀(980)标量共振态，考虑干涉效应。
• 应用修改后的探测器分辨率函数，通过改变分辨率参数（4–8 MeV/c²）评估系统误差对显著性的影响。
• 通过拟合替代振幅模型（包括无f₀(980)贡献的模型和增加σ(600)共振态的模型）评估模型不确定性。
• 使用轮廓似然比检验计算Z⁰_b(10610)信号的显著性，并通过误差传播方法将系统误差和模型误差纳入考虑。

实验结果

研究问题

• RQ1 Υ(5S)衰变中Υ(2S)π⁰π⁰末态是否存在中性底胶子共振态Z⁰_b(10610)？
• RQ2 Z⁰_b(10610)共振态的显著性和质量是多少？其与带电Z±_b(10610)态相比有何异同？
• RQ3 观测到的信号是否与同位旋对称性一致？其分支比是否与Υ(5S) → Υ(nS)π⁺π⁻衰变的预期分支比相符？
• RQ4 在当前数据样本中能否观测到Z⁰_b(10650)共振态？还是统计量不足导致无法探测？
• RQ5 模型依赖性假设（如非共振态和标量介子振幅的参数化方式）如何影响显著性和质量的确定？

主要发现

• 在Υ(2S)π⁰π⁰末态中观测到Z⁰_b(10610)共振态信号，其统计显著性为5.3σ。
• 在包含模型和系统误差后，Z⁰_b(10610)信号的显著性为4.9σ。
• 测得Z⁰_b(10610)的质量为10609⁺⁸₋₆±6 MeV/c²，与带电Z±_b(10610)态的质量一致。
• 测得Υ(5S) → Υ(2S)π⁰π⁰的分支比为(3.66 ± 0.22 ± 0.48) × 10⁻³，与同位旋缩放从Υ(5S) → Υ(nS)π⁺π⁻衰变的预期一致。
• 在Υ(1S)π⁰π⁰或Υ(2S)π⁰π⁰末态中均未发现Z⁰_b(10650)共振态的显著信号，但由于统计量有限，尚不能排除其存在。
• 通过拟合替代振幅模型评估模型不确定性，其中不含f₀(980)贡献的模型得到的最低显著性为4.9σ。