[论文解读] Study of Two-Body $e^+e^- o B_s^{(*)}\bar{B}_s^{(*)}$ Production in the Energy Range from 10.77 to 11.02 GeV

A. Abdesselam, I. Adachi+450 more|arXiv (Cornell University)|Sep 28, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 5

一句话总结

本研究利用KEK $e^+e^-$ 对撞机上Belle实验的数据，在10.77–11.02 GeV能量范围内测量了 $e^+e^- \to B_s^{(*)}\bar{B}_s^{(*)}$ 的截面。结果发现，$B_s^*\bar{B}_s^*$、$B_s\bar{B}_s^{(*)}$ 和 $B_s\bar{B}_s$ 生成截面之比为 $7 : 0.853 \pm 0.106 \pm 0.053 : 0.638 \pm 0.094 \pm 0.033$，该结果与重夸克自旋对称性理论预测强烈矛盾。

ABSTRACT

We report results on the studies of the $e^+e^- o B_s^{(*)}\bar{B}_s^{(*)}$ processes. The results are based on a $121.4$ fb$^{-1}$ data sample collected with the Belle detector at the center-of-mass energy near the $Υ(10860)$ peak and $16.4$ fb$^{-1}$ of data collected at 19 energy points in the range from 10.77 to 11.02 GeV. We observe a clear $e^+e^- oΥ(10860) o B_s^{(*)}\bar{B}_s^{(*)}$ signal, with no statistically significant signal of $e^+e^- o Υ(11020) o B_s^{(*)}\bar{B}_s^{(*)}$. The relative production ratio of $B_s^*\bar{B}_s^*$, $B_s\bar{B}_s^{*}$, and $B_s\bar{B}_s$ final states at $\sqrt{s}=10.866$ GeV is measured to be $7:$ $0.856\pm0.106(stat.)\pm0.053(syst.):$ $0.645\pm0.094(stat.)^{+0.030}_{-0.033}(syst.)$. An angular analysis of the $B_s^*\bar{B}_s^*$ final state produced at the $Υ(10860)$ peak is also performed.

研究动机与目标

• 利用Belle探测器测量10.77–11.02 GeV能量范围内 $e^+e^- \to B_s^{(*)}\bar{B}_s^{(*)}$ 的截面。
• 研究 $e^+e^-$ 粒子在 $\Upsilon(10860)$ 共振态附近湮灭时 $B_s^{(*)}$ 介子的生成动力学。
• 通过测量 $B_s^*\bar{B}_s^*$、$B_s\bar{B}_s^{(*)}$ 和 $B_s\bar{B}_s$ 生成截面的比值，检验重夸克自旋对称性（HQSS）的预测。
• 从 $\Upsilon(10860) \to B_s^*\bar{B}_s^*$ 衰变中确定 $B_s^*$ 自旋极化分布中 $S=0$ 分量的分数。

提出的方法

• 分析使用了Belle实验在 $\sqrt{s} \approx 10.866$ GeV 下收集的数据，积分亮度为121.4 fb$^{-1}$。
• 通过完全重建的强子衰变重建 $B_s$ 候选事例，利用不变质量分布提取信号事例数。
• 可见截面通过公式 $\sigma^{\rm vis}_i = 0.0585 \frac{N_i}{N_{5S}} \frac{L_{5S}}{L_i}$ 计算，其中 $N_i$ 为能量点 $i$ 处的 $B_s$ 事例数，$N_{5S} = 2270 \pm 60$ 为在 $\Upsilon(10860)$ 峰值处的总事例数，$L_{5S} = 121.4$ fb$^{-1}$。
• $B_s^*\bar{B}_s^*$ 最终态通过施加更严格的 $B_s$ 重建粒子动量截断来分离，信号事例数通过无序最大似然拟合提取。
• 系统误差主要来源于 $b\bar{b}$ 总截面和 $B_s$ 强子化分支比 $f_s = 0.172 \pm 0.030$ 的联合不确定性，此外还包含事例提取和边带检查的贡献。
• 在两体阈值以上的动量边带区域用作控制样本，结果为零信号，证实了背景抑制的有效性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在10.77–11.02 GeV能量范围内，$e^+e^- \to B_s^{(*)}\bar{B}_s^{(*)}$ 截面的能量依赖性如何？
• RQ2 在 $e^+e^-$ 湮灭过程中，$B_s^*\bar{B}_s^*$、$B_s\bar{B}_s^{(*)}$ 和 $B_s\bar{B}_s$ 最终态的相对生成率是多少？
• RQ3 $\Upsilon(10860) \to B_s^*\bar{B}_s^*$ 衰变中测得的 $B_s^*$ 自旋极化分布是否与重夸克自旋对称性预测一致？
• RQ4 在10.77–11.02 GeV 能量范围内，$B_s^{(*)}\bar{B}_s^{(*)}$ 最终态中是否存在 $\Upsilon(11020)$ 共振态的显著信号？

主要发现

• 在 $\sqrt{s} = 10.866$ GeV 处，测得 $B_s^*\bar{B}_s^*$ 到 $B_s\bar{B}_s^{(*)}$ 到 $B_s\bar{B}_s$ 生成截面之比为 $7 : 0.853 \pm 0.106 \pm 0.053 : 0.638 \pm 0.094 \pm 0.033$。
• 测得 $B_s^*$ 自旋极化分布中 $S=0$ 分量的分数为 $r = 0.175 \pm 0.057^{+0.022}_{-0.018}$，显著偏离HQSS预测的 $r = 0.25$。
• 在10.77–11.02 GeV 能量范围内，未观测到 $\Upsilon(11020)$ 共振态在 $B_s^{(*)}\bar{B}_s^{(*)}$ 最终态中的统计显著信号。
• 测得的 $e^+e^- \to B_s^{(*)}\bar{B}_s^{(*)}$ 可见截面与 $\Upsilon(10860)$ 共振态的强信号一致。
• 边带分析表明背景可忽略，动量窗口高于两体阈值区域的信号事例数与零一致。
• 截面测量中主要的系统误差来源于 $b\bar{b}$ 总截面和 $B_s$ 强子化分支比 $f_s$ 的联合不确定性。