[论文解读] Partial wave analyses of J/ψ→γπ+π− and γπ0π0

F. De Mori, J. Z. Bai+172 more|arXiv (Cornell University)|Nov 23, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 19被引用 22

一句话总结

本研究基于BES II探测器采集的5800万条J/ψ事例，采用相对论协变张量振幅方法，对J/ψ → γπ⁺π⁻和γπ⁰π⁰衰变进行了部分波分析。结果识别出两个宽广的0⁺⁺共振态，分别位于1466 ± 6 ± 20 MeV/c²和1765⁻³⁺⁴ ± 13 MeV/c²，且强证据表明第一种共振态更倾向于自旋-0而非自旋-2；J/ψ → γf₀(1500) → γπ⁺π⁻的分支比测量值为(0.67 ± 0.02 ± 0.30) × 10⁻⁴。

ABSTRACT

Abstract Results are presented on J / ψ radiative decays to π + π − and π 0 π 0 based on a sample of 58M J / ψ events taken with the BES II detector. Partial wave analyses are carried out using the relativistic covariant tensor amplitude method in the 1.0 to 2.3 GeV / c 2 π π mass range. There are conspicuous peaks due to the f 2 ( 1270 ) and two 0 + + states in the 1.45 and 1.75 GeV / c 2 mass regions. The first 0 + + state has a mass of 1466 ± 6 ± 20 MeV / c 2 , a width of 108 −11 +14 ± 25 MeV / c 2 , and a branching fraction B ( J / ψ → γ f 0 ( 1500 ) → γ π + π − ) = ( 0.67 ± 0.02 ± 0.30 ) × 10 −4 . Spin 0 is strongly preferred over spin 2. The second 0 + + state peaks at 1765 −3 +4 ± 13 MeV / c 2 with a width of 145 ± 8 ± 69 MeV / c 2 . If this 0 + + is interpreted as coming from f 0 ( 1710 ) , the ratio of its branching fractions to ππ and K K ¯ is 0.41 −0.17 +0.11 .

研究动机与目标

• 研究J/ψ辐射衰变至π⁺π⁻和π⁰π⁰末态中的共振态结构。
• 识别并表征质量范围1.0–2.3 GeV/c²内的标量(0⁺⁺)共振态。
• 确定观测到的共振态的自旋和量子数赋值，特别是f₂(1270)以及两个0⁺⁺共振态。
• 测量共振态的分支比和部分宽度，尤其是f₀(1500)和f₀(1710)的参数。

提出的方法

• 采用相对论协变张量振幅方法进行部分波振幅分析。
• 分析了BES II探测器收集的5800万条J/ψ事例。
• 使用动力学振幅模型描述1.0–2.3 GeV/c²质量范围内ππ末态的振幅。
• 对π⁺π⁻和π⁰π⁰末态进行联合拟合，以提取共振态参数。
• 采用基于似然函数的拟合程序提取质量、宽度和分支比。
• 通过似然比和拟合优度检验评估自旋-0与自旋-2假设的优劣。

实验结果

研究问题

• RQ1 在1.0–2.3 GeV/c²质量范围内，J/ψ → γπ⁺π⁻和γπ⁰π⁰衰变中产生了哪些共振态？
• RQ2 在约1.45和1.75 GeV/c²附近观测到的显著0⁺⁺共振态的自旋量子数是多少？
• RQ3 J/ψ → γf₀(1500) → γπ⁺π⁻的分支比是多少？与其他衰变模式相比有何差异？
• RQ4 1765 MeV/c²共振态的ππ衰变分支比与其K K̄衰变分支比相比如何？
• RQ5 在ππ末态中，观测到的f₂(1270)共振态具有何种重要意义？

主要发现

• 在1466 ± 6 ± 20 MeV/c²处观测到一个0⁺⁺共振态，宽度为108⁻¹¹⁺¹⁴ ± 25 MeV/c²。
• J/ψ → γf₀(1500) → γπ⁺π⁻的分支比测量值为(0.67 ± 0.02 ± 0.30) × 10⁻⁴。
• 基于似然比分析，1466 MeV/c²共振态的自旋-0假设显著优于自旋-2假设。
• 在1765⁻³⁺⁴ ± 13 MeV/c²处观测到第二个0⁺⁺共振态，宽度为145 ± 8 ± 69 MeV/c²。
• 若将其解释为f₀(1710)，则ππ与K K̄分支比之比为0.41⁻⁰.¹⁷⁺⁰.¹¹。
• 在ππ不变质量谱中可清晰观测到f₂(1270)共振态。