在初态辐射过程 e+e-γISR

+-(2S) 中发现两个共振态

王小龙中科院高能物理研究所

X.L.Wang et al., (Belle Collab.) PRL99, 142002 (2007)

Apr.26-29, 南京

提要• 简介• 研究背景• e+e- +-(2S) 的分析过程• 物理学界的反映• 对物理结果的一些思考• 总结

研究背景

• 一个物质的探索过程： 模型： 太阳系分子、原子原子核夸克偶素… 相互作用：万有引力电磁力交换介子交换胶子… 物体之间：几乎无电子云介子云 ? 夸克 - 胶子云？？…原子能级谱夸克偶素粒子谱， n2S+1LJ和 JPC的表示方法

• 粲夸克偶素的优点： 所处的能区特殊，是微扰和非微扰量子色动力学的过渡区域，并且是相

对简单的两体结构 实验手段：粲工厂， B- 工厂

研究背景• 十一月革命（ J/ ）三十年的冷清最近几年…• X(3872) ， Y(4260) ， Z(4430)+… 一系列新发现• Belle 实验积累了大量的数据，足以应用初态辐射研究技术。• BaBar 的研究 (ISR)

BaBar: B. Aubert et al., PRL98, 212001 (2007)

~300fb-1

单个 BW 函数拟合 :M = (4324±24) MeV= (172±33) MeV（统计误差）

不是 Y(4260), 也不是 ψ(4415)

e+e- ’ +-J/ 信号用于刻度

• 从散射截面可以得到 ’ 到 e+e- 衰变的分宽度

ee=2.540.020.15 keV

• PDG’06 ee=2.48 0.06 keV

• Belle 的结果与其它实验符合得很好可靠的修正，可靠的物理结果

Nobs 积分亮度 (/fb)

散射截面 (pb)

15,444 547.8 15.420.120.89

J/ee &

Belle: PRL99, 182004 (2007)

e+e- +-(2S) 分析过程

• 数据样本： 673 fb-1 ， 90%~10.58GeV ， 10%~10.52GeV

• MC 模拟： PHOKHARA 产生子，效率修正，并且

• 选择条件： Ntrk=6, Net_charge=0 衰变顶点： |dr|<0.5 cm, |dz|<2 cm ISR 光子： -2<MM2<2 (GeV/c2)2

轻子选择条件 介子选择条件 除去 gamma-conversion

e+e- +-(2S)

e+e- +-(2S)

ee & 重建的 J/信号 3.052~3.142GeV/c2

+-J/ 重建的’ 信号 3.67~3.7GeV/c2

不要求探测到 ISR光子，反冲部分的不变质量分布 ~~~零质量粒子信号

质心极角分布符合ISR 特征：大部分事例集中于小角度区域

+-(2S) 信号 ( J/ ) + + 无多余径迹探测效率低： 2~7%极底的本底，类似于 BaBar 的结果

• M( J/) sidebands 估计的本底• 来自 (’)non ISR 或者 ’ Xnon 可

以忽略

MC 估计的分辨为 3.5~5.9MeV/c2 之间，相对于这两个结构的宽度可以忽略

有两个明显的结构 : 一个在 BaBar 报道的增长结构附近： PRL98, 212001 (2007) + 新的结构 ~ 4.7 GeV/c2

没有看到明显的 Y(4260) 信号，更没有 (4160), (4040) 信号

拟合结果

Y(4360) – 与 BaBar 结果一致， 但是有更准确的共振态参数Y(4660) – 新的发现 (5.8) ， 共振态宽度很窄！

Y 粒子的共振参数同样并不与已知的粒子，如 (4415) 相符

两组解• 使用相干的两个 BW 函数 + 本底拟合• 低质量的 ψ’’ ， ψ(4040)等的 tails 的影响可以忽略• 系统误差主要来自参数化方式• 物理上还不能区分哪一组才是物理解

系统误差 9.5%

截面及 M(ππ)截面计算公式：

直方图——MC 模拟（相空间）

带误差点——数据

? f0(980)

•M(ππ) 分布都明显偏离相空间分布•Y(4660) 的 M(ππ) 分布看起来并没有与 Y(4360) 相同的成分，而是可能含有 f0(980)成分

•f0(980)窄宽度， Y(4660)窄宽度 ?

Durham-RAL HEP Database: http://durpdg.dur.ac.uk/cgi-hepdata/hepreac/7270097

结果发表后……

PDG’08

Belle关于 Y(4360) ， Y(4660) 的数据被完全采用。

SLAC-spires: 25会议广泛引用：Lepton-Photon’07Hadron’07QWG’07EPS-HEP’07…XYZ 粒子研究是目前强子谱研究热点之一。

Lepton-Photon 07 报告：

“Heavy quarkonium states “

作者： Riccardo Faccini(Univ. of Roma & INFN)

QWG:

Spectroscopy News

Y 粒子是什么？• 粲偶素： Y(4360)~ (3D), Y(4660)~ (5S) …PRD77,014033(2008) ； Phys.Rept.454:1-202,2007

但是新粒子似乎太多了！ 4Y+ (4040)+ (4160)+ (4415)单举道观察到的粲偶素与遍举道中的看起来不一样

• 二次散射作用 (rescattering)PRD77,074003(2008) 以及赵光达最近在 KEK 的研究

• 夸克 - 胶子混杂态， Y(4360) 靠近预言的混杂态阈值PRD77,054025(2008)

• 分子态： Y(4660)~ (2S)+f0(980)arXiv:0803.1392[hep-ph]

• 重子偶素arXiv:0709.4066 [hep-ph]

Y 粒子是什么？• 与最近发现的粒子联合考虑，有趣的物理现象有待解释 Y(426

0),Z(4430),Yb,Y(2175)

From S.Olsen’s comments:

S.Olsen’s talk

Lots of pieces

Y(4360)

Y(4

660)

Y(4260)

Y(4

050)

X(3872)

X(3940

)

X(416

0

)

Z(4430) Y(3940)

Are the

y al

l fro

m the

sam

e pu

zzle

?S.Olsen’s talk

总 结• 利用 Belle采集的大数据量样本，以及初态辐射方法对 e+

e- +-(2S)进行了研究。• 观察到的 Y(4360) 验证了 BaBar 的实验结果；而 Y(4660)则是世界上首次观察到。

• 对观察到的两个共振态进行了拟合，得到了两组解， Y(4360) 的参数精确度大幅度提高。

• 测量了这一过程从阈值到 5.5GeV 的产生截面，并注意到衰变过程中可能有 f0(980) (2S)成分存在。

• 这一实验结果引起理论界的兴趣，同时与 Y(4260)等最近的其它 XYZ 的实验结果，给理论研究提出了新的问题。

谢谢！

更多信息

K.T. Chao’s talk

理解较少 :• (4040)• (4160)• (4415) 4000

4200

3900

4100

X(3872)

X(3940)Y(3940)Z(3930)

(4040)

(4160)

Y(4260) 4300 粲偶素谱 (?)

B- 工厂发现的新共振态 : X(3872)=DD* (?) X(3940)=c(3S) (?) Y(3940)=? Z(3930)=c2(2P) Y(4008)= (3S) (?) X(4160)=c0(3P) (?) Y(4260)=hybrid (?) Y(4360)=? Z(4430)=tetraquark(?) Y(4660)= (5S) (?)

它们是什么 ? 粲偶素 ? 激发态 ? 分子态？