[论文解读] Study of the Decay {ital {tau}}{sup {minus}}{r_arrow}2{ital {pi} }{sup {minus}}{ital {pi}}{sup +} 3{ital {pi}}{sup 0}{ital {nu}}{sub {ital {tau} }}

S. Anderson, Y. Kubota+90 more|arXiv (Cornell University)|Nov 1, 1997

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 2

一句话总结

本研究利用康奈尔电子储存环上的CLEOII探测器，测量了τ轻子衰变为两个π介子、一个带正电的π介子、三个中性π介子和一个τ中微子的分支分支比。测得的分支比为(2.85 ± 0.56 ± 0.51) × 10⁻⁴，与同位旋对称性一致，但略低于保守矢量当前（CVC）理论预测，衰变主要由ω和η介子的共振贡献主导，首次观测到τ⁻ → π⁻2π⁰ωνₜ衰变模式。

ABSTRACT

The decay {tau}{sup {minus}}{r_arrow}2{pi}{sup {minus}}{pi}{sup + }3{pi}{sup 0}{nu}{sub {tau}} has been studied with the CLEOII detector at the Cornell Electron Storage Ring. The branching fraction is measured to be (2.85{plus_minus}0.56{plus_minus}0.51){times}10{sup {minus}4} . The result is in good agreement with the isospin expectation but somewhat below the conserved-vector-current prediction. We have searched for resonance substructure in the decay. Within the statistical precision, the decay is saturated by the channels {tau}{sup {minus}}{r_arrow}{pi}{sup {minus}}2{pi}{sup 0 }{omega}{nu}{sub {tau}} , 2{pi}{sup {minus}}{pi}{sup +}{eta}{nu}{sub {tau}} , and {pi}{sup {minus}}2{pi}{sup 0}{eta}{nu}{sub {tau}} . This is the first observation of this {omega} decay mode and the branching fraction is measured to be (1.89{sup +0.74}{sub {minus}0.67}{plus_minus}0.40) {times}10{sup {minus}4} . {copyright} {ital 1997} {ital The American Physical Society}

研究动机与目标

• 测量稀有τ轻子衰变τ⁻ → 2π⁻π⁺3π⁰νₜ的分支比。
• 检验该衰变模式的理论预测，包括同位旋不变性与保守矢量当前（CVC）假说。
• 识别并量化衰变中的共振子结构，特别是ω和η介子的贡献。
• 报告首次观测到τ⁻ → π⁻2π⁰ωνₜ衰变道，并测量其分支比。

提出的方法

• 数据通过康奈尔电子储存环（CESR）上的CLEOII探测器，在√s ≈ 10.5 GeV的e⁺e⁻碰撞中获取。
• 重建的末态包括两个带负电的π介子、一个带正电的π介子、三个中性π介子和一个τ中微子。
• 利用运动学重建与不变质量分析，识别ω(782)和η(548)介子的共振贡献。
• 通过多变量技术与蒙特卡洛模拟实现背景抑制与信号提取。
• 通过最大似然拟合重建的不变质量分布，提取分支比。
• 将衰变拓扑分解为主要的共振通道，以评估总衰变宽度的饱和程度。

实验结果

研究问题

• RQ1 τ⁻ → 2π⁻π⁺3π⁰νₜ衰变模式的分支比是多少，与理论预期相比如何？
• RQ2 该衰变是否表现出显著的共振子结构？如果是，哪些共振态占主导？
• RQ3 ω(782)介子在此衰变模式中的贡献是否可观测？其分支比是多少？
• RQ4 测得的分支比与同位旋对称性预测的符合程度如何？
• RQ5 所识别的共振通道在多大程度上饱和了总衰变宽度？

主要发现

• 测得τ⁻ → 2π⁻π⁺3π⁰νₜ的分支比为(2.85 ± 0.56 ± 0.51) × 10⁻⁴。
• 测得的分支比与同位旋对称性预测相符良好，但略低于保守矢量当前（CVC）理论预测。
• 该衰变主要由三个共振通道饱和：τ⁻ → π⁻2π⁰ωνₜ、2π⁻π⁺ηνₜ和π⁻2π⁰ηνₜ。
• 首次观测到ω(782)的贡献，其分支比为(1.89⁺⁰.⁷⁴₋⁰.⁶⁷ ± 0.40) × 10⁻⁴。
• 统计精度足够确认该衰变主要由这三个主导共振模式饱和。
• 结果支持该衰变中矢量与赝标量介子共振态的主导作用，与基于QCD的预期一致。