[论文解读] Study of Three-Body Y(10860) Decays

I. Adachi, K. Adamczyk+338 more|arXiv (Cornell University)|Sep 28, 2012

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 1被引用 23

一句话总结

本研究利用Belle实验获得的121 fb⁻¹ e⁺e⁻碰撞数据，对Y(10860)共振态的三体衰变进行分析，采用Dalitz图分析方法测量了Y(10860) → Y(nS)π⁺π⁻ (n=1,2,3) 和 Y(10860) → h_b(mP)π⁺ (m=1,2) 的分支比。关键结果为测得Z_b(10610) → BB*相对其他衰变模式的分支比为6.2 ± 0.7，为Z_b粒子作为分子态或四价夸克态的性质提供了关键约束。

ABSTRACT

We report preliminary results on the analysis of the three-body Y(10860)=> B barB pi, Y(10860) => (B barB* + c.c.) pi and Y(10860)=> B* barB* pi decays including an observation of the Y(10860)=> Zb(10610)+- pi-+ => [B barB*+c.c]+- pi-+ and Y(10860)=> Zb(10650)+- pi-+ => [B* barB*]+- pi-+ decays as intermediate channels. We measure branching fractions of the three-body decays to be Br(Y(10860)=> [B barB*+c.c.]+- pi-+)=(28.3+-2.9+-4.6)x10^{-3} and Br(Y(10860)=> [B* barB*]+- pi-+)=(14.1+-1.9+-2.4)x10^{-3} and set 90% C.L. upper limit Br(Y(10860)=> [B barB]+- pi-+)<4.0x10^{-3}. We also report results on the amplitude analysis of the three-body Y(10860)=>Y(nS)pi+pi-, n=1,2,3 decays and the analysis of the internal structure of the three-body Y(10860)=>hb(mP)pi+pi-, m=1,2 decays. The results are based on a 121.4 1/fb data sample collected with the Belle detector at a center-of-mass energy near the Y(10860).

研究动机与目标

• 利用大样本e⁺e⁻数据测量Y(10860)衰变为Y(nS)π⁺π⁻和h_b(mP)π⁺末态的分支比。
• 确定Y(nS)和h_b(mP)态在Y(10860)三体衰变中的相对贡献，以检验其为分子态或四价夸克态的假设。
• 提取Z_b(10610) → BB*相对其他衰变模式的分支比，以深入了解底夸克偶素样态的衰变动力学。
• 将结果与以往Belle实验的测量进行比较，评估在实验不确定度范围内的自洽性。
• 评估来自截面、分支比和重建效率的系统性不确定度，以确保结果的稳健性。

提出的方法

• 分析采用Dalitz图拟合方法，重建π⁺π⁻系统的不变质量，使用Breit-Wigner形式建模Y(10860) → Y(nS)π⁺π⁻和Y(10860) → h_b(mP)π⁺的衰变振幅。
• 利用信号蒙特卡罗模拟确定重建效率，包括触发和追踪效率，采用基于Dalitz图拟合结果的标称模型。
• 系统性不确定度来自Y(10860)截面（4.7%）、Y(nS) → μ⁺μ⁻分支比（2.0–9.6%）、信号产额（4.5–5.3%）和追踪效率（4%）。
• Y(1S)、Y(2S)和Y(3S)末态的总体系统性不确定度分别为7.9%、12.0%和12.4%。
• 通过将Y(10860) → Y(nS)π⁺π⁻和Y(10860) → h_b(mP)π⁺的产额与主导的Z_b(10610) → BB*衰变模式进行比较，提取分支比。
• 分析假设Z_b(10610)和Z_b(10650)的衰变由观测到的Y(nS)、h_b(mP)和BB*/*通道饱和，相应分数按比例归一化。

实验结果

研究问题

• RQ1 Y(10860)衰变为Y(nS)π⁺π⁻和h_b(mP)π⁺末态的分支比是多少？
• RQ2 测量结果与使用较小数据样本的以往Belle实验测量相比如何？
• RQ3 Z_b(10610) → BB*衰变相对于其他衰变模式的相对分数是多少？
• RQ4 观测到的衰变模式在多大程度上支持Z_b粒子的分子态或四价夸克态解释？
• RQ5 分支比测量中的主要系统性不确定度来源是什么？

主要发现

• 测得Z_b(10610) → BB*相对所有其他Y(nS)π⁺和h_b(mP)π⁺衰变模式的分支比为6.2 ± 0.7 ± 1.3⁺⁰·⁰₋₁.⁸。
• 对于Z_b(10650)，相应比值为2.8 ± 0.4 ± 0.6⁺⁰·⁰₋₀.⁴，表明B*B*衰变模式有显著贡献。
• 测得Z_b(10610) → Y(1S)π⁺、Y(2S)π⁺、Y(3S)π⁺、h_b(1P)π⁺和h_b(2P)π⁺的分支比分别为0.32±0.09%、4.38±1.21%、2.15±0.56%、2.81±1.10%和4.34±2.07%。
• Z_b(10650) → Y(1S)π⁺、Y(2S)π⁺、Y(3S)π⁺、h_b(1P)π⁺和h_b(2P)π⁺的分支比分别为0.24±0.07%、2.40±0.63%、1.64±0.40%、7.43±2.70%和14.8±6.22%。
• 发现Z_b(10650) → B*B*衰变模式占主导，分数为73.4±7.0%，表明对B*B*末态有强烈偏好。
• 结果与使用21 fb⁻¹数据的以往Belle测量一致，证实了不同数据样本下分支比测量的稳定性。