[论文解读] Observation of Transverse $Λ/\barΛ$ Hyperon Polarization in $e^+e^-$ Annihilation at Belle

The Belle Collaboration, A. Abdesselam+448 more|arXiv (Cornell University)|Nov 21, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

该论文报告了在Belle实验中首次观测到电子-positron湮灭过程中产生的$Λ/\bar{Λ}$超子的横向极化。利用B工厂对撞数据，该研究测量了$z_\Lambda$和$p_\mathrm{t}$依赖的非零横向极化，具有对味相关贡献及来自$\Sigma^0$和$\Lambda_c$衰变的级联贡献的敏感性，为超子自旋结构提供了新见解。

ABSTRACT

We report the first observation of the polarization of $Λ/\barΛ$ hyperons transverse to its production plane in $e^+e^-$ annihilation. We observe a significant polarization that rises with the fractional energy carried by the hyperon as well as its transverse momentum. To define the production plane, we use the direction of the hyperon momentum together with either the thrust axis in the event or the momentum vector of a hadron in the opposite hemisphere. Furthermore, we investigate the contributions to the hyperon polarization from the feed-down from $Σ^0/\barΣ^0$ and $Λ_c^{\pm}$ decays. This measurement uses a dataset of 800.4fb$^{-1}$ collected by the Belle experiment at or near a center-of-mass energy of 10.58 GeV.

研究动机与目标

• 测量包括$e^+e^-$湮灭过程在内，$Λ/\bar{Λ}$超子的横向极化。
• 研究极化对动量变量$z_\Lambda$和$p_\mathrm{t}$的依赖性。
• 通过识别对向喷射中的强子，探测味依赖性。
• 区分直接产生$Λ$与来自$\Sigma^0$和$\Lambda_c$衰变的贡献。
• 为高能$e^+e^-$碰撞中超子自旋结构提供新的约束。

提出的方法

• 在Belle实验的$e^+e^-$事例中，通过$Λ \to p\pi^-$和$\bar{\Lambda} \to \bar{p}\pi^+$衰变重建$Λ/\bar{Λ}$超子。
• 利用$Λ$动量与事件喷射轴构成的平面法向矢量定义横向量化轴。
• 对衰变产物的角分布进行无箱扩展最大似然拟合，参数化为$\mathrm{cos}\theta = \mathrm{cos}(\vec{p}_p, \vec{p}_\Lambda)$。
• 在拟合中引入二阶项$1 + p_0\mathrm{cos}\theta + p_1\mathrm{cos}^2\theta$，以估计非线性效应带来的系统误差。
• 采用边带减法技术控制背景贡献，并通过事例混叠和替代参考轴验证结果。
• 将来自衰变参数$\alpha$、拟合模型假设以及一致性检验的系统误差合并为平方和根形式。

实验结果

研究问题

• RQ1 在包括$e^+e^-$湮灭过程中，$Λ/\bar{Λ}$超子是否存在非零的横向极化？
• RQ2 横向极化如何随纵向动量分数$z_\Lambda$和横向动量$p_\mathrm{t}$变化？
• RQ3 不同强子末态（如$Λ + h$）对观测到的极化贡献如何？
• RQ4 来自$\Sigma^0$和$\Lambda_c$衰变的$Λ$超子在测量极化中占多大比例？
• RQ5 在不同分析配置下（如替代量化轴或事例混叠）观测到的极化结果是否一致？

主要发现

• 在$e^+e^-$湮灭过程中首次观测到$Λ/\bar{Λ}$超子的显著非零横向极化，标志着该过程中的首次此类观测。
• 极化大小对$z_\Lambda$和$p_\mathrm{t}$表现出非平凡依赖，表明自旋排列存在动量结构。
• 通过识别对向喷射中的强子，实现了对味依赖性的敏感探测，揭示了不同$Λ + h$末态的贡献差异。
• 该分析成功分离了直接产生$Λ$与来自$\Sigma^0$和$\Lambda_c$衰变的贡献。
• 通过多种一致性检验（包括事例混叠和替代参考轴）仔细评估了系统误差，所有结果在预期为零时均保持一致。
• 结果为测试$e^+e^-$碰撞中超子自旋结构与 fragmentation 的理论模型提供了丰富数据集。