[论文解读] The $a_0(980)$ in the single Cabibbo-suppressed process $Λ_c o π^0ηp$

Xue-Chao Feng, Le-Le Wei+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 18, 2020

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 27被引用 4

一句话总结

本研究利用手征幺正方法研究了Cabibbo抑制衰变 $\Lambda_c \to \pi^0\eta p$，其中 $a_0(980)$ 共振态由 $\pi^0\eta$ 末态相互作用动态生成。在 $\pi^0\eta$ 不变量质量分布中，980 MeV 附近预测到显著的尖点结构，正 $C$ 时分支比估计为 $1.13\sim1.26\times10^{-4}$，负 $C$ 时为 $5.96\sim8.19\times10^{-4}$，表明该过程可在 BESIII 和 Belle II 实验中被探测到。

ABSTRACT

In this work, we have investigated the Cabibbo-suppressed process $Λ_c o π^0ηp$, by taking into account the intermediate scalar state $a_0(980)$, which could be dynamically generated from the $S$-wave pseudoscalar-pseudoscalar interaction within the chiral unitary approach. We have calculated the $π^0η$ invariant mass distribution, and found that there is a significant structure associated to the $a_0(980)$. We have also roughly estimated the branching fraction $\mathcal{B}(Λ_c o π^0ηp) \sim 10^{-4}$. We encourage our experimental colleagues to measure the process $Λ_c o π^0ηp$ for searching for the state $a_0(980)$ in this reaction.

研究动机与目标

• 研究 $\Lambda_c \to \pi^0\eta p$ 衰变中 $a_0(980)$ 共振态的产生机制。
• 探讨 $\pi^0\eta$、$K^+K^-$ 和 $K^0\bar{K}^0$ 末态相互作用在生成 $a_0(980)$ 共振态中的作用。
• 为未来实验验证提供 $\pi^0\eta$ 不变量质量分布和分支比的理论预测。
• 通过未来高精度测量约束弱衰变振幅中的参数 $C$。

提出的方法

• 该过程分三步建模：夸克层级的弱衰变、强子化过程，以及通过手征幺正方法实现的末态相互作用（FSI）。
• 利用手征幺正框架，通过 $S$ 波 $\pi^0\eta$ 和 $K\bar{K}$ 相互作用，动态生成 $a_0(980)$ 共振态。
• 计算 $K^+K^- \to \pi^0\eta$、$K^0\bar{K}^0 \to \pi^0\eta$ 和 $\pi^0\eta \to \pi^0\eta$ 的振幅，以模拟共振态的形成。
• 通过在物理区域内对平方振幅进行积分，计算 $\pi^0\eta$ 不变量质量分布。
• 利用先前研究中给出的归一化因子 $V_p^2 / \Gamma_{\Lambda_c} = 0.2$ MeV$^{-1}$ 估算分支比。
• 分析线条形状对参数 $C$ 符号的依赖性，以评估其对动力学输入的敏感性。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否通过末态相互作用在 $\Lambda_c \to \pi^0\eta p$ 衰变中观测到 $a_0(980)$ 共振态？
• RQ2 该衰变道中 $\pi^0\eta$ 不变量质量分布的预期形状是什么？
• RQ3 参数 $C$ 的符号如何影响 $\pi^0\eta$ 质量分布的线条形状？
• RQ4 $\Lambda_c \to \pi^0\eta p$ 的分支比预测值是多少？是否可在 BESIII 或 Belle II 实验中探测到？
• RQ5 该衰变道能否帮助区分 $K^+K^-$ 末态中 $a_0(980)$ 和 $f_0(980)$ 的贡献？

主要发现

• 在 $\pi^0\eta$ 不变量质量分布中，980 MeV 附近观察到清晰的尖点结构，对应于 $a_0(980)$ 共振态。
• 对于正 $C$，分布于 980 MeV 附近呈现下凹；对于负 $C$，则出现显著的尖点结构。
• 分支比估计为正 $C$ 时 $(1.13\sim1.26)\times10^{-4}$，负 $C$ 时 $(5.96\sim8.19)\times10^{-4}$。
• 预测的分支比处于 BESIII 和 Belle II 实验的探测灵敏度范围内。
• 线条形状对 $C$ 的符号敏感，表明未来测量可能约束该参数，并检验弱衰变中的 $N_c$ 规范化。
• 该模型预测 $\pi^0\eta$ 通道中存在显著的共振结构，支持 $a_0(980)$ 作为由介子-介子相互作用动态生成的态。