1 / 44

Egzotyczne hadrony w Belle

Egzotyczne hadrony w Belle. J. Brodzicka (IFJ PAN, Krak ó w). Plan. Nowe cząstki w Belle : historia odkryć Stany konwencjonalne i egzotyczne Spektroskopia w Fabrykach-B Stany XYZ : ostatnio odkryte rezonanse typu c c Podsumowanie. Eksperyment Belle w KEK (Japonia).

virote
Download Presentation

Egzotyczne hadrony w Belle

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Egzotyczne hadrony w Belle J. Brodzicka (IFJ PAN, Kraków)

  2. Plan • Nowe cząstki w Belle : historia odkryć • Stany konwencjonalne i egzotyczne • Spektroskopia w Fabrykach-B • Stany XYZ: ostatnio odkryte rezonanse typu cc • Podsumowanie

  3. Eksperyment Belle w KEK (Japonia) • KEKB: Fabryka B asymetryczny zderzacz e+e- e+: 3.5 GeV  e-: 8.0 GeV √s=10.58 GeV = masa (4S) e+e-  (4S)  BB • Działa od 1999 • Rekord świetlności: 1.711034cm-2s-1 • Całkowita świetlność: 860 fb-1 750 fb-1 @ (4S) ~ 780 * 106 BB ~ 960 * 106 cc Fabryka mezonów B oraz hadronów powabnych

  4. Nowe cząstki w Belle: historia ηc ηc’ D*s0(2317)Ds1(2460) χc2’ Ξc(3077) Σc(2800)0 Ξc(2980) Y(3940) D*0 D*2 DsJ(2700) 2002: ηc’→KsKπ D*0(2308)→Dπ D1’(2420)→D*π D*s0(2317)→Dsπ0Ds1(2460)→Ds*π0 X(3872) →J/ψπ+π- Y(3940)→J/ψω Σc(2800)→Λc+π X(3940)→D*D χc2’→DD Ξc(2980),Ξc(3077)→ΛcKπ DsJ(2700) →D0K Y family→J/ψπ+π-, ψ(2S)π+π- X(4260)→D*D* Z±(4430)→ψ(2S)π± 2008: Z±(4051), Z±(4281)→χc1π± XYZ : rezonanse typu cc Cząstki egzotyczne?

  5. Hadrony konwencjonalne vs egzotyczne q q q q q • Model kwarków Gell-Manna i Zweiga (1964): stany związane: (qq) mezony i (qqq) bariony = hadrony konwencjonalne • QCD → opis wiązania kwarków w hadrony • Modele potencjalne oparte na QCD → masy hadronów, rozpady,... • Spektrum cc: dobra zgodność eksperymentu z modelem • Stany bardziej zlożone niż qq lub qqq =egzotyczne: przewidziane przez modele potencjalne • Spektrum cc „czystsze” niż uu/dd/ss → egzotyczne stany typu cc łatwiejsze do identyfikacji 2M(D)

  6. Egzotyczne hadrony typu cc c g q c c q c q c π q c D D(*) Hybrydy: cc+ wzbudzony gluon (model flux-tube) • Lattice QCD: najlżejsze hybrydy @ 4.2GeV • Egzotyczne liczby kwantowe JPC= 0+-, 1-+, 2+-… • BF(H→DD**)> BF(H→DD(*) ) D**: orbitalnie wzbudzone mezony cq • Duże czestości przejść hadronowych: H→ψππ, ψω,… Multikwarki: • Czterokwarki: dwukwark-antydwukwark [cq][cq’] • „Kolorowe” dwukwarki mocno związane (wymiana gluonów) • Rozpad: przekonfigurowanie do „białych” mezonów → dysocjacja • Molekuły: M(cq)M(cq) • Mezon i antymezon luźnozwiązane (wymiana pionu) • Rozpad: dysocjacja doskładowych mezonów

  7. Jak zidentyfikowac hadron egzotyczny? c g q c c q c q c π q c D D(*) • JPC zabronionedlakonwencjonalnych cc→ hybrydy • Stany końcowe o nieskompensowanym ładunku i/lub dziwności: J/ψπ-=(cc)(ud) Ds+D-=(cs)(cd) → multikwarki • Zbyt małe/duże czestości rozpadu niż przewidują modele dla stanów konwencjonalnych

  8. Cząstki typu ccodkryte dotychczas

  9. Produkcjastanów ccw Fabrykach B b c u, dc s u, d c γ* c c c e+ J/ψ X e- BX=ηcχcψ… W K e+ e+ e- e- γ γ γISR γ* X π π ψ D D X e+ e- • podwójnaprodukcja cc • e+e-→J/ψXcc • rozpraszanieγγ • e+e-→γγ→Xcc→DD • rozpady mezonów B: B→XccK(BF~10-3) • powrót radiacyjny (ISR) e+e-→γISRXcc→γISRψππ Dobre warunki eksperymentalne do poszukiwania nowych rezonansów JPC(X)=0++, 0-+ C(X)=+1 JPC(X)=1--

  10. Z±: naładowane cząstki typu ccRezonanse egzotyczne.

  11. Jak rekonstruujemy mezony B ΔE Mbc ΔE Mbc • Z kinematyki e+e-→(4S) → BB: m(4S)~mB+mBnie produkowane żadne dodatkowe cząstki → EB=Ebeam=√s/2 w układzie (4S) • zmienne kinematyczne Mbc= √E2beam- p2B (sygnał przy mB~5.28GeV) ΔE=EB- Ebeam (sygnał przy 0) • Wysoka rozdzielczość (Ebeam dobrze znana) • Dobra separacja tła Przykład: B0→J/ψ KS

  12. Z±(4430)→ψ(2S) π± M2(ψ(2S)π+) ??? Mbc ΔE M=4433±4±2MeV Γ=45 MeV +18 +30 –13 -13 Z+(4430) K2*(1430) N=121±30 (6.5σ) K*(890) M2(Kπ+) M(ψ(2S)π+) PRL100, 142001 (2008) • Badanie rozpadu B→ψ(2S)π+K dla605 fb-1 • ψ(2S)→e+e-, μ+μ-, J/ψπ+π- • K* veto fit: Breit-Wigner + przestrzeń fazowa JP=?? • Pierwsze naładowane charmonium. Musi być egzotyczne! • Interpretacja: • czterokwark[cu][cd];musi istniećZ0→ψ(2S)π0 • molekuła D*D1(2420);oczekiwany rozpad do D*D*π • efekt progowy D*D1(2420)

  13. Babar nie obserwuje Z±(4430) hep-ex/0811.0564 • BadanieB→ψ(2S)π+K dla413 fb-1 • Rozkłady masy poprawione na straty efektywności • Znaczącość Z(4430) ~2σ

  14. Belle potwierdza Z±(4430) A B C D E A B C D E M2(ψ(2S) π+) A+C+E =K*veto M2(K-π+ ) M2(ψ(2S)π+) • Pełna analiza diagramu Dalitza dla B→ψ(2S)π+K • Amplituda: koherentna suma funkcji Breita-Wignera • Maximum likelihood fit do diagramu Dalitza • Modele: tylko znane stanyK*→Kπ+ znaneK*→Kπ+ i Z+→ψ(2S)π+ faworyzowany przez dane Znaczącość: 6.4σ CL: 36% M2(ψ(2S)π+)

  15. Poszukiwanie Z± →χc1π ± ΔE M(J/ψγ) ??? M2(χc1π+) K2*(1430) K*(1680) K*(892) K0*(1430) K3*(1780) M2(K-π+ ) PRD 78, 072004 (2008) • Analiza rozpadów B0→χc1π+K- • χc1 →J/ψγ J/ψ→e+e-,μ+μ- • Pełna analiza diagramu Dalitza dla B0→χc1π+K- • Amplituda B0→χc1π+K-: koherentna suma • funkcji Breita-Wignera • Modele: • tylko znane stany K*→Kπ • znane K* + nowe K* • znane K* + jeden stan Z+→χc1π+ • znane K* + dwa Z+→χc1π+faworyzowany • przez dane

  16. Analiza Dalitza B0→χc1π+K-: Z1,2± →χc1π± • Fitowany model: znane stanyK*→K-π+ i dwa nowe rezonanse Z1,2+→χc1π+ Parametry Z1±i Z2± : M2(χc1π+) Znaczącość: 5.7σ CL: 40% M2(K-π+ ) M2(K-π+ ) •dane ˉˉˉtło –̶̶̶̶̶̶–̶̶̶̶̶̶wynik fitu …..fit bez Z M2(χc1π+)

  17. Dwa stany egzotyczne Z±→χc1π± • Spin stanówZ nie wyznaczony: fity dla J=0 i 1 nierozróżnialne • Niezerowy ładunek →Z±(4051) i Z±(4248) to multikwarki M(χc1π+) for 1<M2(K-π+)<1.75GeV –̶̶̶̶̶̶ –̶̶̶̶̶̶fit bez rezonansów Z –̶̶̶̶̶̶ –̶̶̶̶̶̶fit z dwoma stanami Z –̶̶̶̶̶̶ –̶̶̶̶̶̶Z(4051) –̶̶̶̶̶̶ –̶̶̶̶̶̶Z(4248)

  18. X(3872): rezonans typu ccKonwencjonalny czy egzotyczny?

  19. Własności X(3872) 152M BB M(J/ψπ+π-) M(π+π-) 117MBB • Belle obserwujeX(3872)→J/ψπ+π-w B+→X(3872)K+ • BaBar, CDF, DØ: potwierdzają X(3872) • mX=3871.2±0.5MeVmX-(mD*0+mD0)=-0.6±0.6MeV Γ<2.3MeV • M(π+π-) sugeruje X(3872)→J/ψρ(770) • Inne kanały rozpadu X(3872): J/ψγ,ψ(2S)γ, J/ψω, DD* • JPC= 1++albo2-+ (z analizy kątowej CDF i Belle, M(π+π-), kanałów rozpadu) PRL91, 262001 (2003)

  20. Czym jest X(3872) ? M(J/ψπ-π0) Braaten et al. hep-ph/0710.5482 Maiani, PolosaPRD 71, 014028 (2005) • konwencjonalne cc? brak kandydatów • molekuła D0D*0? mX≈mD*0+mD0sugestywna □ X→DD*powinien dominować □ oczekiwany nietrywialny kształt rezonansu • czterokwark? □ oczekiwany dublet Xu[uc][uc] Xd[dc][dc] m(Xd)-m(Xu)=(7±2)MeV cosθ B0→ XuK0 B+→XdK+ □ konieczna obserwacja X± PRD71, 031501 (2005)

  21. X(3872)w rozpadach B+i B0 B0→XK0 Ns=30±7 (6.5σ) B+→XK+ Ns=125±14 (12σ) 657MBB M(J/ψπ+π-) M(J/ψπ+π-) hep-ex/0809.1224 • X(3872)→J/ψπ+π-w B+→XK+i B0→XK0 • Podobne własności X(3872) produkowanegow rozpadach B+i B0 → eliminuje (niektóre) modele czterokwarkowe

  22. X(3872)→D*0D0 (?) N=33±7 (4.9σ) PRD77, 011102(2008) B KD0D*0 D*→Dγ m(X)=3875.1+0.7-0.5 ±0.5MeV Γ=3.0+1.9-1.4 ± 0.9 MeV Preliminary D*→D0π0 605 fb-1 Xu[uc][uc]→D*0D0= X(3875) Xd[dc][dc]→ J/ψππ = X(3872) Flatte Breit-Wigner • X(3872)→D*0D0w B+→D*0D0K • Pomiar masy X przez Belle eliminuje model 4-kwarkowy: • BF(X→D*0D0)/BF(X→J/ψππ) ~10 → faworyzuje interpretację molekularną hep-ex/0810.0358 X(3872) czy nowy X(3875)? m(X)=3872.6+0.5-0.4±0.4MeV Γ=3.9+2.5-1.3+0.8-0.3 MeV Maiani, Polosa et al.hep-ph/0707.3354

  23. X(3940)→D*D i X(4260)→D*D* Konwencjonalne?

  24. Podwójna produkcja cc : e+e-→J/ψXcc c γ* c c c e+ J/ψ X e- Mrecoil(J/ψ) =√(Ecm-EJ/ψ)2 -p2J/ψ PRL 98, 082001 (2007) • Fabryka stanów cc z JPC=0++i 0-+ • Metoda: rekonstrukcja J/ψ, badanie masy brakującej: • Zaskakujący rezultat: poniżejmasy DD: stany cc, duże przekroje czynneO(10-20fb) powyżejmasy DD: nowe rezonanse • Ograniczenia metody:rozdzielczość~30MeV, badany stan nie rekonstruowany bezpośrednio M=3936±14 MeV Γ=39±26 MeV Jeden rezonans czy więcej? 357fb-1

  25. X(3940)→D*D i X(4260)→D*D* ee→J/ψDD* X(3940) 6.0σ ee→J/ψD*D* X(4160) 5.5σ M=4156 ± 15 MeV =139 ± 21 MeV +25 –20 M =3942 ± 6 MeV =37 ± 12 MeV +7 –6 M(D*D) M(D*D*) +111 – 61 +26 –15 PRL100, 202001 (2008) • Badane procesy:e+e-→J/ψ D*D i e+e-→J/ψD*D* (częsciowa rekonstrukcja D*D(*)) • Możliwa interpretacja konwencjonalna: X(3940)=ηc(3S) i X(4260)=ηc(4S) (ale masy Xsą 100-150MeV powyżej przewidywań dlaηc(3S,4S))

  26. Rodzina cząstek Y→ψππ

  27. Cząstki Y produkowane w ISR M=4259 ± 8 MeV =88 ± 23 MeV +2 –6 +6 –4 γISR γ* π π ψ Y e+ e- PRL 95, 142001 (2005) for 232fb-1 PRL 98, 212001 (2007) for 298fb-1 • ISR: Produkcja cząstekz JPC=1-- • Emisja fotonu tłumiona; kompensowana • przez duże świetlności Fabryk B Y(4260)→J/ψππ PRD74, 091104 (2006) PRL 96, 162003 (2006) for 13pb-1@4.26GeV M=4324 ± 24 MeV =172 ± 33 MeV Y(4360)→ψ(2S)ππ

  28. Rezonanse Y→ψππ e+e-→p+p-J/y • Y(4008), Y(4260), Y(4360), Y(4660) • Więcej stanów z JPC=1- -niż nieobsadzonych stanów cc Egzotyczne własności Y: • Duże częstości dla przejść hadronowych:Y→ψππ • Powyżej progu DDale małe częstości rozpadów do D(*)D(*) Interpretacje: • molekuły DD1lub D*D0 • czterokwarki: cqcq • hybrydy ccg Y(4260) Y(4008) e+e-→p+p-y’ Y(4360) Y(4660)

  29. Przekroje czynne na produkcję powabu w ISR PRD77,011103(2008) DD ? DD* (4160) Y(4350) PRL98, 092001 (2007) Y(4008) Y(4260) D*D* (4415) (4040) PRL100,062001(2008) Y(4660) DDπ arXiv:0807.4458 Λc+Λc– PRD 77, 011103 (2008) for 673fb-1 PRL 98, 092001 (2007) for 548fb-1 PRL 100, 062001 (2008) for 673fb-1

  30. Spektrum cc: state of art Y(3360), Y(3660) ηc(4S) • Większość nowych cząstek typu cc nie odpowiada nieobsadzonym stanom w spektrum cc

  31. Podsumowanie • Nowa spektroskopia stanów cc @4GeV • Zaobserwowano cząstki egzotyczne: Z±(4430)→ψ(2S)π±Z±(4051), Z±(4248)→χc1π± • Inne cząstki wymagają zrozumienia: X(3872) Y-family Y(3940) … • Konieczny wkład teorii (modele, oszacowanie efektów progowych i sprzężeń pomiędzy kanałami rozpadu) • Widzimy Yb? Nowa spektroskopia także dla bb?

  32. Backup

  33. bbanalog of Y(4260)? PRL100, 112001(2008) • If bb follows the ccpattern: Yb→Y(nS)ππ with large partial width • Study of Y(mS)→Y(nS)π+π-with dataat Y(5S)~10.87GeV(21.7/fb) • Energy scan around Y(5S) (7.9/fb) • Large Γ(Y(5S)→Y(nS)ππ)! For other bb states: Γ~O(keV) • Is it Yb? Mixture of Y(5S) and Yb? Observed shape disagree with Y(5S) hypothesis (fit). Yb at 10.89GeV?

  34. Y(3940)→J/ψω K*’s Y(3940) M(ωJ/ψ) M(ωJ/ψ) M2(ωJ/ψ) M2(ωK) Belle PRL 94, 182002 (2005) Babar hep-ex/0711.2047 submitted to PRL • Study of B→ KJ/ψωω→π+π-π0 • Mbc, ΔE and M(π+π-π0) selection mass/width discrepancy needs further study • Y(3940) above DD threshold but has large cc transition • Candidate for cc-gluon hybrid?(but hybrids predicted >4GeV) • Re-scattering DD*→J/ψω? BF(B→KY)*BF(Y→J/ψω)= Belle (7.1±1.3±3.1)*10-5 Babar (4.9±1.0±0.5)*10-5

  35. B0→χc1π+K-Dalitz plot analysis: one Z • Single Z model: all known low-lying K-π+ resonances and one Z→χc1π+ exotic resonance (JZ=0) MZ= 4150+31-16 MeV ΓZ= 352+99-43 MeV fZ= 33.1+8.7-5.8% Significance: 10.7σ (difference of -2lnL for null and single Z models) Fit CL: 0.1% only (from Toy MC study) M2(χc1π+) M2(K-π+ ) M2(K-π+ ) •data ˉˉˉbackground –̶̶̶̶̶̶–̶̶̶̶̶̶fit function …..fit function w/o Z M2(χc1π+)

  36. X(3940)→DD* and X(4160)→D*D* Mrec(J/ψD) DD*D*π Mrec(J/ψD*) DD* ee→J/ψDD* X(3940) 6.0σ ee→J/ψD*D* X(4160) 5.5σ M=4156 ± 15 MeV =139 ± 21 MeV +25 –20 M =3942 ± 6 MeV =37 ± 12 MeV +7 –6 M(D*D) M(D*D*) +111 – 61 +26 –15 PRL100, 202001 (2008) • Reconstruct J/ψ and one D(*),associatedD(*) seen as peak inMrecoil(J/ψD(*)) • Possible assignments: ηc(3S) ηc(4S) (but X masses ~100-150MeV above predictions for ηc’s) CX=+1 so X(4160)≠ψ(4160)

  37. B0 →X(3872)K+π– BELLE-CONF-0849 5σ first observation X(3872) sideband X(3872)→J/ψπ+π– non-resonant Kπ K*0→Kπ Mass(Kπ) Br(B0→X(K+π–)non_res) Br(X→J/ψπ+π–) = (8.1±2.0+1.1–1.4)10–6 dominates ! unlike B→K”cc” Br(B0→XK*0)Br(X→J/ψπ+π–) < 3.4x10–6 90% CL ─ Br(B0→X(K+π–)non res) Br(B0→XK0s) ~1 ICHEP2008 Galina Pakhlova, ITEP

  38. B→J/γK & B→(2S)γK evidence NEW B0→XK0s 3.5σ B±→XK± confirmation X(3872)→(2S)γ 3.6σ B0→XK0s B0→XK*0 B±→XK*± B±→XK± X(3872)→J/γ B0→XK*0 B±→XK*± Relatively large Br(X→(2S)γ) is inconsistent with a pure D0D*0 molecular interpretation for X(3872) Favors cc - D0D*0 mixing models ─ ─ ─ K = K, K0s, K*(892) 424fb–1 Br(B±→XK±)Br(X→J/γ) = (2.8±0.8±0.2)10–6 Br(B±→XK±)Br(X→(2S)γ) = (9.9±2.9±0.6)10–6 Br(X→(2S)γ) / Br(X→J/γ) = 3.5 ± 1.4 Br(X→(2S)γ) / Br(X→J/π+π–) = 1.1 ± 0.4 HQ session: Arafat G.Mokhtar ICHEP2008 Galina Pakhlova, ITEP

  39. Y→J/ψππ via ISR Y(4260) Y(4008) PRL 99, 182004 (2007) • Study of e+e-→J/ψπ+π- γISR(548 fb-1) • J/ψ→ee, μμ + ππ; no extra tracks • ISR photon is not detected • Missing mass used to identify process • Y(4260) confirmed • Y(4008) resonance? Re-scattering from DD*? Coupled-channel effect?

  40. Y→ψ’ππ via ISR PRL 99, 142002 (2007) • Study of e+e-→ψ’π+π- γISR(673 fb-1) • ψ’→J/ψππ, J/ψ→ee, μμ + ππ • no additional tracks allowed • γISR not detected • Two significant peaks in M(ψ’ππ): one close to Babar’s Y(4360) but narrower • M(ψ’ππ)fitted with two coherent Breit-Wigners Y(4360) Y(4660)

  41. x-sections for e+e-→ψππ J/ψπ+π- ψ’π+π- • ISR allows us to measure hadronic x-sections in wide energy range: model independent measurement • M(ψππ): background subtracted, corrected for efficiency and luminosity → Cross-section for e+e-→ψπ+π-

  42. Is X(3872) a cc state ?

  43. Double cc production: e+e-→J/ψ(cc)res • .

  44. Z(3930) from γγ e+ e+ e- e- X D D γ γ PRL 96, 082003 (2006) • Only C=+1 states produced • ee→γγ→DD studied (395fb-1) • Peak observed M(DD)~3.93GeV • N=64±18 M=3929±5±2MeV Г=29±10±2MeV • Гγγ*BF(Z→DD)=0.18± 0.05±0.03 keV (for J=2) • Spin-2 favored over spin-0 by helicity distribution • Z(3930) isχ’c2 candidiate Z(3930) J=2 J=0

More Related