[论文解读] Observation of a Narrow Resonance of Mass 2.46 GeV/c^2 in the D_s^*+\pi^0 Final State, and Confirmation of the D_sJ^*(2317)

D. Besson|arXiv (Cornell University)|May 12, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 15

一句话总结

使用 CLEO-II 探测器获取的 13.5 fb⁻¹ e⁺e⁻ 对湮灭数据，该研究在 D_s^*π⁰ 最终态中观测到一个位于 2.46 GeV/c² 的新窄共振态，证实了 BaBar 实验先前在 D_sπ⁰ 通道中观测到的 D_{sJ}^*(2317) 态的存在。对 D_sπ⁰ 和 D_s^*π⁰ 通道分别测量的质量差为 350.4 ± 1.2 MeV/c² 和 351.6 ± 1.7 MeV/c²，为两个具有 J^P = 0⁺ 和 1⁺ 的不同共振态提供了有力证据，与 L=1 的 cs̄ 介子态一致。

ABSTRACT

Using 13.5 fb^{-1} of e^+e^- annihilation data collected with the CLEO-II detector, we have observed a new narrow resonance in the D_s^*\pi^0 final state, with a mass near 2.46 GeV/c^2. The search for such a state was motivated by the recent discovery by the BaBar Collaboration of a narrow state at 2.32 GeV/c^2, the D_{sJ}^*(2317)^+, that decays to D_s\pi^0. Reconstructing the D_s\pi^0 and D_s^*\pi^0 final states in CLEO data, we observe a peak in each of the corresponding reconstructed mass difference distributions, \Delta M_{D_s\pi^0} = M(D_s\pi^0) - M(D_s) and \Delta M_{D_s^*\pi^0} = M(D_s^*\pi^0) - M(D_s^*), both of them at values around 350 MeV/c^2. These peaks constitute statistically significant evidence for two distinct states, at 2.32 and 2.46 GeV/c^2, taking into account the background source that each state comprises for the other in light of the nearly identical values of \Delta M observed for the two peaks. We have measured the mean mass differences \Delta M_{D_s\pi^0} = 350.4 \pm 1.2[stat.] \pm 1.0 [syst.] MeV/c^2 for the $D_{sJ}^*(2317)^+$ state, and \Delta M_{D_s^*\pi^0} = 351.6 \pm 1.7[stat.] \pm 1.0 [syst.] MeV/c^2 for the new state at 2.46 GeV/c^2. We have also searched, but find no evidence, for decays of D_{sJ}^*(2317) into the alternate final states D_s^*\gamma, D_s\gamma, and D_s\pi^+\pi^-. The observations of the two states at 2.32 and 2.46 GeV/c^2, in the D_s\pi^0 and D_s^*\pi^0 decay channels respectively, are consistent with their possible interpretations as c s-bar mesons with orbital angular momentum L=1, and spin-parity J^P = 0^+ and 1^+.

研究动机与目标

• 利用 CLEO-II e⁺e⁻ 对湮灭数据，搜索衰变为 D_s^*π⁰ 最终态的窄共振态。
• 利用独立的 CLEO-II 数据，确认 BaBar 实验在 D_sπ⁰ 衰变通道中观测到的 D_{sJ}^*(2317) 态的存在。
• 测量质量差 ΔM_{D_sπ⁰} 和 ΔM_{D_s^*π⁰}，以识别并区分两个共振态。
• 检验两个观测到的态是否为轨道角动量 L=1、自旋宇称 J^P = 0⁺ 和 1⁺ 的 cs̄ 介子态的假设。
• 搜索 D_{sJ}^*(2317) 态衰变为 D_s^*γ、D_sγ 和 D_sπ⁺π⁻ 的其他衰变模式，以约束其量子数。

提出的方法

• 从 CLEO-II 探测器采集的 13.5 fb⁻¹ e⁺e⁻ 对湮灭数据中重建 D_s^*π⁰ 和 D_sπ⁰ 最终态。
• 测量质量差分布 ΔM_{D_sπ⁰} = M(D_sπ⁰) - M(D_s) 和 ΔM_{D_s^*π⁰} = M(D_s^*π⁰) - M(D_s^*)，以分离共振态。
• 通过背景建模处理两种态之间的串扰，鉴于它们的 ΔM 值相近。
• 应用统计显著性检验以识别 ΔM 分布中的峰，确认存在两个独立的共振态。
• 对 D_{sJ}^*(2317) 态衰变为 D_s^*γ、D_sγ 和 D_sπ⁺π⁻ 最终态的衰变模式进行搜索，以检验其分支比。
• 将观测到的质量差与 L=1 且 J^P = 0⁺ 和 1⁺ 的 cs̄ 介子态的理论预期进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 D_s^*π⁰ 最终态中，是否存在一个约 2.46 GeV/c² 的窄共振态？
• RQ2 能否利用独立的 CLEO-II 数据，在 D_sπ⁰ 衰变通道中确认 BaBar 实验观测到的 D_{sJ}^*(2317) 态？
• RQ3 观测到的质量差 ΔM_{D_sπ⁰} 和 ΔM_{D_s^*π⁰} 是否与两个具有 J^P = 0⁺ 和 1⁺ 的不同共振态一致？
• RQ4 D_{sJ}^*(2317) 态是否衰变为 D_s^*γ、D_sγ 或 D_sπ⁺π⁻ 最终态？若是，其分支比是多少？
• RQ5 观测到的性质是否支持将这两个态解释为 L=1 且 J^P = 0⁺ 和 1⁺ 的 cs̄ 介子态？

主要发现

• 在 D_s^*π⁰ 最终态中观测到一个位于 2.46 GeV/c² 的新窄共振态，其显著性与物理态一致。
• 对 D_{sJ}^*(2317) 态测量得到的质量差 ΔM_{D_sπ⁰} = 350.4 ± 1.2[stat.] ± 1.0[syst.] MeV/c²，证实其在 D_sπ⁰ 衰变通道中的存在。
• 对 2.46 GeV/c² 处的新态测量得到的质量差 ΔM_{D_s^*π⁰} = 351.6 ± 1.7[stat.] ± 1.0[syst.] MeV/c²，表明其为一个独立的共振态。
• ΔM 分布中的两个峰具有统计显著性，且在背景建模和 ΔM 值相近的条件下，与两个独立态一致。
• 未发现 D_{sJ}^*(2317) 态衰变为 D_s^*γ、D_sγ 或 D_sπ⁺π⁻ 最终态的证据，从而对其衰变模式进行了约束。
• 观测到的质量差和量子数分配与两个态为 L=1 且 J^P = 0⁺ 和 1⁺ 的 cs̄ 介子态的解释一致。