[论文解读] Observation of the Upsilon(2 3D1) and indication of the Upsilon(1 3D1)

Eef van Beveren, George Rupp|arXiv (Cornell University)|Sep 21, 2010

Soft tissue tumor case studies被引用 5

一句话总结

本文基于BABAR实验数据，提供了$Υ(1\,{}^{3\!}D_{1})$和$Υ(2\,{}^{3\!}D_{1})$底夸克onium态存在的证据，其观测质量分别为10098 ± 5 MeV和10495 ± 5 MeV。$Υ(2\,{}^{3\!}D_{1})$态的显著性达到10.7个标准差，而$Υ(1\,{}^{3\!}D_{1})$态则显示出3.0个标准差的迹象，支持了对共振态谱展开（HORSE）模型的简谐振子近似。

ABSTRACT

We present evidence, from published BABAR data, for the existence of further excitations in the b-bbar spectrum, namely the long-awaited Upsilon(1D) and Upsilon(2D) with central masses of 10098 pm 5 MeV and 10492 pm 5 MeV, respectively. The significance of the Upsilon(1 3D1) and Upsilon(2 3D1) signals is found to be 3.0 and 10.7 standard deviations, respectively.

研究动机与目标

• 利用已发表的BABAR $e^+e^-$碰撞数据，在$b\bar{b}$谱中识别长期寻求的$\Upsilon(1\,{}^{3\!}D_{1})$和$\Upsilon(2\,{}^{3\!}D_{1})$态。
• 检验对夸克onium谱学中共振态谱展开（HORSE）模型的简谐振子近似预测。
• 解决长期以来对$D$波夸克onium态缺乏实验确认的问题，这些态在短距离处波函数较小，因此在$e^+e^-$湮灭中预期被抑制。
• 研究通道耦合效应，特别是$^3S_1$--$^3D_1$混合作用，在靠近$B\bar{B}$阈值处增强$e^+e^-$耦合的作用。

提出的方法

• 分析了347.5 fb$^{-1}$ BABAR数据中$e^+e^- \to \pi^+\pi^- \Upsilon(1S) \to \pi^+\pi^- e^+e^-$事例的不变质量分布。
• 在$\Upsilon(1S)$质量附近使用±30 MeV的窄质量窗口，以隔离潜在的$^3D_1$共振信号，最大限度减少背景污染。
• 通过二次函数拟合每个窗口大小$\Delta$下的事例数，以建模背景增长并识别超额信号。
• 使用标准差计算评估观测增强的统计显著性，其中$\Upsilon(2\,{}^{3\!}D_{1})$信号显著性为10.7σ，$\Upsilon(1\,{}^{3\!}D_{1})$信号为3.0σ。
• 将结果与HORSE模型的理论预期进行比较，并考虑虚介子环效应在$^3S_1$--$^3D_1$混合作用中的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在$e^+e^-$湮灭数据中观测到$\Upsilon(1\,{}^{3\!}D_{1})$态？
• RQ2 $\Upsilon(2\,{}^{3\!}D_{1})$态是否可探测，其信号强度是否因通道耦合效应而强于$\Upsilon(1\,{}^{3\!}D_{1})$态？
• RQ3 观测到的质量和显著性水平是否支持对夸克onium态的共振态谱展开（HORSE）模型的简谐振子近似？
• RQ4 观测到的$\Upsilon(2\,{}^{3\!}D_{1})$与$\Upsilon(1\,{}^{3\!}D_{1})$信号强度差异，是否可由虚$B\bar{B}$和$B\bar{B}^*$态诱导的$^3S_1$--$^3D_1$混合作用解释？

主要发现

• $\Upsilon(2\,{}^{3\!}D_{1})$态以10.7个标准差的显著性被观测到，其质量中心为10495 ± 5 MeV。
• $\Upsilon(1\,{}^{3\!}D_{1})$态以3.0个标准差的显著性被指示，其质量中心为10098 ± 5 MeV。
• 两个$^3D_1$态之间约380 MeV的质量间距，支持将$\Upsilon(10860)$共振态归因为$^3D_1$态而非$^5S_1$态。
• $\Upsilon(2\,{}^{3\!}D_{1})$信号强于$\Upsilon(1\,{}^{3\!}D_{1})$的原因，归因于靠近$B\bar{B}$阈值处$^3S_1$成分的增强，从而导致更强的$e^+e^-$耦合。
• 结果为HORSE模型提供了强有力支持，表明其对夸克onium谱学中通道耦合效应的非微扰处理是合理的。
• 研究结果表明，$\Upsilon(10580)$并非$\Upsilon(4S)$共振态，而是$B\bar{B}$阈值增强态，与先前分析一致。