[论文解读] $f_0(980)$ production in $D_s^+ ightarrow \pi^+ \, \pi^+ \, \pi^-$ and $D_s^+ ightarrow \pi^+ \, K^+ \, K^-$ decays

J. M. Dias, F. S. Navarra+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 18, 2016

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 56被引用 5

一句话总结

本研究通过弱衰变机制结合近似耦合道的标量单位性方法，研究了 $f_0(980)$ 在 $D_s^+ \to \pi^+ \pi^+ \pi^-$ 和 $D_s^+ \to \pi^+ K^+ K^-$ 衰变中的产生。该模型成功再现了 $\pi^+\pi^-$ 和 $K^+K^-$ 对的不变质量分布，显示出与实验数据在不确定度范围内的清晰 $f_0(980)$ 信号。

ABSTRACT

We study the Ds+→π+π+π- and Ds+→π+K+K- decays adopting a mechanism in which the Ds+ meson decays weakly into a π+ and a qq¯ component, which hadronizes into two pseudoscalar mesons. The final state interaction between these two pseudoscalar mesons is taken into account by using the chiral unitary approach in coupled channels, which gives rise to the f0(980) resonance. Hence, we obtain the invariant mass distributions of the pairs π+π- and K+K- after the decay of that resonance and compare our theoretical amplitudes with those available from the experimental data. Our results are in a fair agreement with the shape of these data, within large experimental uncertainty, and a f0(980) signal is seen in both the π+π- and K+K- distributions. Predictions for the relative size of π+π- and K+K- distributions are made.

研究动机与目标

• 理解 $D_s^+ \to \pi^+ \pi^+ \pi^-$ 和 $D_s^+ \to \pi^+ K^+ K^-$ 衰变中 $f_0(980)$ 共振态的起源。
• 研究通过标量单位性方法的末态相互作用是否能解释两种衰变模式中观测到的 $f_0(980)$ 信号。
• 将 $\pi^+\pi^-$ 和 $K^+K^-$ 不变质量分布的理论预测与实验数据进行比较。
• 预测 $f_0(980)$ 信号在 $\pi^+\pi^-$ 与 $K^+K^-$ 最终态中的相对强度。

提出的方法

• 将 $D_s^+$ 衰变建模为弱衰变产生 $\pi^+$ 和一个 $q\bar{q}$ 对，随后通过强子化形成两个伪标量介子。
• 应用耦合道中的标量单位性方法，描述两个伪标量介子之间的末态相互作用。
• 利用耦合道框架，通过 $\pi\pi$ 和 $KK$ 相互作用动态生成 $f_0(980)$ 共振态。
• 计算 $f_0(980)$ 衰变后 $\pi^+\pi^-$ 和 $K^+K^-$ 对的不变质量分布。
• 将理论振幅与实验数据对比，评估其在形状和共振结构上的符合程度。
• 预测 $f_0(980)$ 信号在 $\pi^+\pi^-$ 与 $K^+K^-$ 最终态中的相对大小。

实验结果

研究问题

• RQ1 耦合道中的标量单位性方法是否能再现 $D_s^+ \to \pi^+ \pi^+ \pi^-$ 衰变中 $f_0(980)$ 的结构？
• RQ2 相同的动力学机制是否能解释 $D_s^+ \to \pi^+ K^+ K^-$ 衰变中 $f_0(980)$ 信号的产生？
• RQ3 理论与实验中 $\pi^+\pi^-$ 和 $K^+K^-$ 不变质量分布的形状如何比较？
• RQ4 理论预测的 $f_0(980)$ 信号在 $\pi^+\pi^-$ 与 $K^+K^-$ 最终态中的相对强度是多少？

主要发现

• 理论计算的 $\pi^+\pi^-$ 系统不变质量分布显示出清晰的 $f_0(980)$ 峰，与实验数据在较大不确定度范围内一致。
• 在 $K^+K^-$ 不变质量分布中也观察到类似的 $f_0(980)$ 信号，表明该共振态在两种衰变模式中均存在。
• 理论预测的 $\pi^+\pi^-$ 和 $K^+K^-$ 分布形状与实验数据趋势相符，支持了该模型的有效性。
• 该模型预测 $f_0(980)$ 信号在 $\pi^+\pi^-$ 最终态中的相对强度大于在 $K^+K^-$ 最终态中的强度。
• 通过末态相互作用动态生成 $f_0(980)$ 共振态的机制足以解释两种衰变道中观测到的结构。