Чармоний 2007 н ов ости эксперимен та

Чармоний 2007 новости эксперимента

Сессия-конференция секции ЯФ ОФН РАН «Физика фундаментальных взаимодействий»

27 ноября 2007

Галина Пахлова 2

Quarkonium Working Group

BES-Belle-CLEO-BaBar Joint workshop on Charm Physics BES November 26-27, 2007, IHEP, Beijing

QWG Workshops on Heavy Quarkonium • QWG1: CERN, November 8 to 10, 2002 • QWG2: Fermilab, September 20 to 22, 2003 • QWG3: Beijing, October 12 to 15, 2004 • QWG Topical Seminar School on Heavy Quarkonia at Accelerators: New Theoretical Tools and Experimental Techniques ITP Beijing, October 8 to 11, 2004 • QWG4: Brookhaven, June 27 to 30, 2006

• QWG5: DESY, 17-20 October 2007

Yellow report on Heavy Quarkonium : CERN-2005-005 , hep-ph/0412158

http://www.qwg.to.infn.it/


Физика кваркония и тяжелых адронов (C)Вторник, 27 ноября 2007 г. Конференц-залпредседатель Ю.А. Симонов 14.30 А.М. Бадалян (ИТЭФ) Теория тяжелых и тяжело-легких мезонов /теория/ (30 мин)15.05 М.А. Трусов (ИТЭФ) Киральная связь каналов в тяжело-легких мезонах, сдвиги и ширины Ds и Bs /теория/ (15 мин)15.25 С.Н. Морозов (ИТЭФ) Тяжелые и тяжело-легкие мезоны на решетках /теория/ (15 мин)15.45 Г.В. Пахлова (ИТЭФ) Рождение чармония в e+e‾ аннигиляции в процессах с ISR /эксперимент/ (15 мин) председатель А.К. Лиходед16.25 С.И. Эйдельман (ИЯФ СО РАН) Рождение чармония в γγ‑столкновениях /эксперимент/ (15 мин)16.45 Т.В. Углов (ИТЭФ) Парное рождение чармония в е+е‾ аннигиляции /эксперимент/ (15 мин)17.05 А.В. Бережной (НИИЯФ МГУ) Комментарий о внутреннем движении массивных c-кварков в процессе парного рождения чармония в е+е‾ аннигиляции /теория/ (15 мин)17.25 В.В. Брагута (ИФВЭ) Эксклюзивное рождение чармония в жестких процессах /теория/ (15 мин)17.45 Р.Н. Чистов (ИТЭФ) Рождение чармония в распадах В-мезонов /эксперимент/ (15 мин)председатель С.И. Эйдельман18.15 А.В. Нефедьев (ИТЭФ) Гибридные чармонии /теория/ (15 мин)18.35 А.Б. Кайдалов (ИТЭФ) Взаимодействие в конечном состоянии в распадах тяжелых мезонов /теория/ (20 мин)19.00 В.О. Галкин, Р.Н. Фаустов (ВЦ РАН), D.Ebert (Humbolt U., Berlin) Спектры масс тяжелых барионов /теория/ (15 мин)19.20 И.М. Народецкий (ИТЭФ) Странные, очарованные и прелестные барионы /теория/ (15 мин) 19.40 Р.Н. Фаустов (ВЦ РАН) Релятивистское описание тяжелых тетракварков /теория/ (15 мин)

Среда, 28 ноября 2007 г. Конференц-залпредседатель Р.Н. Чистов 14.30 А.А. Соколов (ИФВЭ) Наблюдение распадов Υ(4S,5S) →Υ (nS) π+π– (K+K– ) в эксперименте Belle /эксперимент/ (20 мин)14.55 Ю.А. Симонов (ИТЭФ) Теория дипионных распадов тяжелых кваркониев и сравнение с экспериментом /теория/ (20 мин)15.25 А.М. Сухарев (ИЯФ СО РАН) Измерение вероятности распада ψ' → μ+μ– /эксперимент/ (15 мин)15.45 Е.М. Балдин (ИЯФ СО РАН) Измерение Гee·Br(J/ψ → е+е‾) J/ψ‑мезона /эксперимент/ (15 мин)председатель М.В. Данилов 16.25 К.Ю. Тодышев (ИЯФ СО РАН) Измерение массы и полной ширины ψ(3770)-мезона /эксперимент/ (15 мин)16.45 Д.А. Епифанов (ИЯФ СО РАН) Изучение полулептонных распадов τ‑лептона с детектором Belle /эксперимент/ (15 мин)17.05 Л.К. Гладилин (НИИЯФ МГУ) Изучение возбужденных очарованных и очарованно-странных мезонов в эксперименте ZEUS на ep-коллайдере HERA /эксперимент/ (15 мин)17.25 И.А. Коржавина (НИИЯФ МГУ) Дифракционное фоторождение D*‑мезонов на ep-коллайдере HERA /эксперимент/ (15 мин)17.45 А.О. Полуэктов (ИЯФ СО РАН) Измерение масс D-мезонов /эксперимент/ (15 мин)председатель А.Б. Кайдалов18.15 Ю.С. Калашникова (ИТЭФ), C.Hanhart (FZ Julich, Germany) и др. Резонансы и пороги в спектре чармония /теория/ (20 мин)18.35 Ю.А. Симонов (ИТЭФ) Комментарий о Z+(4430) и взаимодействии кваркония с пионом /каоном/ /теория/ (15 мин)18.55 Общая дискуссия. Ведущие дискуссии С.И.Эйдельман и Ю.А.Симонов: «Мы приглашаем к активному обсуждению проблем в теории и эксперименте, обмену идеями между теоретиками и экспериментаторами о новых задачах в физике тяжелых адронов».


Чармоний … связанное состояние cc• Квантовые числа: n, L, S, J• P- и C- четность:

• P=(-1)L+1, C=(-1)L+S

• Не все JPC состояния разрешены• (например 0+-, 0--, 1-+, 2+- запрещены)

Свойства распадов: • Ниже порога рождения открытого чарма разрешены только

электромагнитные или подавленные по s распады• В основном узкие состояния

• Выше порога рождения открытого чарма • В основном широкие состояния

Что нам дает изучение чармония?• Понимание КХД:

• «обычный чармоний» тесты НРКХД, потенциальные модели, …• «новые состояния» экзотические конфигурации сильно-

взаимодействующих частиц


Чармоний

Большинство состояний чармония ниже порога рождения открытого чармаобнаружены и объяснены

same JPC as J/ but mostly D wave !

M(M

eV)

JPC

(2S+1)LJ

Increasing L

Incr

easi

ng

n

c

’c

J/

’ c2 c1

c0

hc

Open charm threshold(3770)

(4040)

(4160)

(pot. Models)QWG: hep-ph/0412158

Последние измерения

Вторник, 27 ноября 2007 г. Конференц-зал16.25 С.И. Эйдельман (ИЯФ СО РАН) Рождение чармония в γγ‑столкновениях


Многокварковые состояния• Тетракварки [Qq, Q’q’] : дикварк-антидикварк Q = c, q = u, d или s

• Множество состояний • Узкие состояния выше порога рождения открытого чарма

• Гибридные мезоны: QQ’+n gluon • Низшее состояние 1–+ (запрещено для чармония)• Доминирующие распады H→DD**

• Молекулы (Qq’, Q’q) • Меньше состояний, но по-прежнему узкие состояния выше порога рождения

открытого чарма

Поиск таких состояний:• с JPC, запрещенными для чармония• неестественно узких • с зарядом или странностью ≠ 0 очевидное указание на нечто

новое • заряженное [Qu Q’d’], странное [Qd Q’s’] , и заряженное, и странное [Qu Q’s’]

Чармониеподобные состояния


Измерение квантовых чиселКвантовые числа могут быть зафиксированы при рождении чармония или чармониеподобного состояния: • В процессах с излучением в начальном состоянии (ISR) чармоний

рождается только с квантовыми числами фотона (JPC=1- -) При рождении в получаются только C=+, J=0,2• При парном рождение чармония e+e- *Xcc

1Xcc2

• Только, если квантовые числа пары вместе позволяют получить 1- -

• В распадах B-мезонов: • в общем случае без ограничений на квантовые числа

• Угловой анализ распадов B-мезонов в принципе позволяет измерить квантовые числа

...или при его распаде:• Правила отбора

• Сохранение J• Сохранение P, C в сильных и э.м. распадах

• Угловые распределения продуктов распада зависят от JP


e+e- → сharmonium CLEO-c BES-II

• L~1033/cm2/s• E=3.0 ─ 4.8 GeV

e+e- → Y(4S) BaBar Belle CLEO • L~1034/cm2/s• Чармоний в распадах B мезонов, ISR, парное и рождение

pp colliders CDF D0

• Большое сечение• Огромный фон

Эсперименты

3M (2S), 1.8 M (3770) 58M J/, 14M (2S)

383M Y(4S) 657M Y(4S) 1.5M Y(1S),1.9M Y(2S),1.7M Y(3S), 9M Y(4S)

800pb-1 1.3 fb-1

Рождение & Спектроскопия

Вторник, 27 ноября 2007 г. Конференц-зал15.45 Г.В. Пахлова (ИТЭФ) Рождение чармония в e+e‾ аннигиляции в процессах с ISR


Y(4260)

PDG 2006

Измерения R вблизи порога открытого чарма

• Истории широких состояний ψ (3770), ψ (4040), ψ (4160), ψ (4415) более 25 лет...• Даже M, , ee измерены недостаточно точно

• Инклюзивные измерения • общие конечные состояния D(s)

(*)D(s)(*)

• влияние открывающися порогов СЕГОДНЯ наблюдается возрождение интереса эксперимента и теории, в частности, благодаря обнаружению X(3872), Y(4260) …

Много новых результатов


• Впервые учли интерференцию•вопрос только правильно ли?

• Существенное различие результатов с учетом/без учета интерференции!• Зависимость результатов от модели и подгонки

Resonance shapes Interference term

Rres=RBW+Rint

arXiv:0705.4500

BES II: обновленные параметры состояний чармония 1--

Resonance parameters


D*+D*-

D+D*-

550/fb

(4040)

(4415)

Phys. Rev. Lett. 98, 092001 (2007)

(4160)

Y(4260)

Charged D(*)D*

½ from CLEOc

DD*

D*D*

PRELIMINARY

(4160)

Y(4260)

(4040)

CHARM 2007

• Систематические ошибки ≈ статистическим• Отправлено в Durham database

Первые эксклюзивные измерения сечения e+e–D*D(*) c ISR

Y(4260) сигнал?• DD* : незначительный намек• D*D* : отчетливый минимим !

• аналогичный в инклюзивном R• Ds

*Ds*, (DD(**)) или интерференция с

ψ(nS)?


σ(ee D+D−)/σ(ee D0D0) = 0.720.160.06

at MDD≈M(3770) согласуется с BES/CLEOc

(4040)

(4160)

(4415)

670 fb-1(3770)

Широкая структура вблизи 3.9 ГэВ

«качественно согласуется» ???

с coupled-channel model Phys. Rev. D21, 203 (1980)

(e+e– DD) с ISR

(4040)

(4160)

DD

PRELIMINARY

Charm 2007

D0D0D+D–

arXiv:0710.1371

arXiv:0708.0082

Галина Пахлова 14Первое измерение эксклюзивного распада (4415) ! Br((4415) D(D)non D2(2460))/Br((4415) DD*

2(2460))<0.22

M = 4411± 7 MeVtot = 77±20 MeV

Nev= 109± 25

Согласуется с BES, hep-ex/0705.4500,

PDG06, Barnes at.al Phys. Rev. D72, 054026 (2005)

M(D0+) vs M(D–+) из (4415) Отчетливый сигнал D*

2(2460)

Положительная интерференция Вклад «не D*

2(2460)» мал

DD non DD*2(2460)

DD*2(2460)

~10σ

670 fb-1

arXiv:0708.3313, to appear in PRL

σ(e+e-(4415))×Br((4415)DD*2(2460))×Br(D*

2(2460) D)=(0.74±0.17±0.07)nb

Резонансная структура (4415)DD


Contributions to the inclusive cross-section at 3.7-5GeV

D*D*

DD*

Phys. Rev. Lett. 98, 092001 (2007)

uds-continuum

+ +

=

Измеренные конечные состояния практически полностью насыщают инклюзивное сечениеЕще …. Ds

(*)Ds(*), D(*)D(*) π , Λc Λc ...

2

DDNEW

arXiv:0708.0082submitted to PRD(RC)

DDπNEW

arXiv:0708.3313, to appear in PRL

Anything else?

2


Cleo-с: сравнение с updated Eichten et al.

PRELIMIN

ARYPRELIMIN

ARY

Новые результаты Cleo-c • Инклюзивное сечение,

поправленное на ISR

R = Ruds+Rcharm

Ruds=2.29 0.03

Все еще “разумное качественное согласие” ???

Прибавление в семействе 1--

«Четыре черненьких чумазеньких чертенка чертили черными чернилами чертеж ...»

Y(4

360)

Y(4

260)

Y(4

660)

Y(4008)


Из истории новых состояний e+e- YISR

Подтвердили + J/00: CLEO PRD74, 091104 (2006)CLEO-c PRL 96, 162003 (2006)

Еще один Y(4350) !PRL 98, 212001 (2007)

Y(4350)(2S)

(2S)

ПЕРВЫЙ Y(4260) PRL 95, 142001 (2005)

Y(4260)J/


Что это? Нерезонансный J/ Перерассеяние ee D(*)D(*) J/Новое широкое состояние• Проверка влияния интерференции

Y(4260) и не-Y:• Подгонка: 2 коггерентных BW• Два решения: конструктивная и

деструктивная интерференция

• BW+ полином:• параметры Y(4260) согласуются с BaBar

• 2-BW с учетом интерференции• лучше описывает данные • параметры Y(4260) отличаются• неопределенность в пиковом сечении

550 fb-1

e+e– J/ +– via ISR

PRL 99, 182004 (2007)

New


e+e– (2S)+– via ISRсечениеY(4360)

согласуется с BaBar

Y(4660) NEW 5.8

670 fb-1

arXiv:0707.3699 to appear in PRL


e+e–J/+– & e+e– (2S) +–

Положение пиков M(J/) & M((2S)) значительно отличаются

Что скажет теория ?• даже первое

состояние Y(4260) не понято до сих пор


Не согласуются с предсказаниями потенциальных моделей ...

Может быть Y(4260) тетракварк

распадающийся в J/f0

или гибрид с g

4008

426043604660

Наблюдается только в (2S)

Почему не ψ(4040)?

M(M

eV)

JPC

(2S+1)LJ

J/

(2S)Open charm threshold (3770)

(4040)

(4160)

(pot. Models)

1-- 1--

(4415)

Куда «пристроить» четыре новых Y из семейства 1-- ?


Август 2007

X, Y, Z и все 3940


ZDD

PRL 96, 082003 (2006)

Удивительное семейство 3940

Observed in JPC (?) M (MeV) (MeV)

X e+e-J/X (XDD*) 0–+,1++ 3943±8 <52

Y BYK (YJ/ 1++,… 3943±17 87±34

Z Z (ZDD) 2++ (!) 3929±5 29±10

XDD*

PRL 98, 082001 (2007)

YJ/

PRL 94, 182002 (2005)


BaBar подтвердил Y(3940) (BKJ/

Сохранение изоспина

Измерение Belle BYK, YJ/ наконец подтверждено !!!

BR (BYK) ~10-5 согласуется с Belle

однако ...

масса на ~30MeV меньше ширина существенно меньше

BYK

B0YKS

B0/B

preliminary

M(J/) (GeV)

LP 2007

350 fb-1


«Обычные» состояния чармония ?M

(MeV

)

JPC

(2S+1)LJ

Open charm thr. (3770)

c1

(pot. Models)

c2

c0’c

c

X

ZY

Плохо согласуются с предсказаниями

X≠Y почему нет Yopen charm• Гибрид?

Новое состояние в парном рождении чармония

Вторник, 27 ноября 2007 г. Конференц-зал16.45 Т.В. Углов (ИТЭФ) Парное рождение чармония в е+е‾ аннигиляции


Поиск чармония в отдаче к J/

ηс с0

X(3940)ηc’

Четвертый пик X(3940)• M ~ 3.94 ГэВ• = 3926 МэВ (<52 МэВ)• значимость ~ 5

Подгонка: 4 BW + полином + пороговая функция с порогом на массе 2MD

450fb-1

Для двухчастичного процесса масса частицы или комбинации, рожденных совместно с восстановленной:

Mотдачи=√(Eсцм-EJ/)2-PJ/2

Phys. Rev. Lett. 98, 082001 (2007)


Новое исследование e+e− J/ D(*)D(*)

Phys. Rev. Lett. 98, 082001 (2007)

693fb-1D*

D*πD*

D

D

arXiv:0708.3812

Все сигналы > 5

Метод впервые использован Belle Восстанавливаем J/ и один из двух D (or D*) Невосстановленный D(*) дает пик в Mrecoil (J/ D(*))D и D* в отдаче относительно восстановленной пары J/ D(*) надежно разделены (~2.5)Одновременная подгонка сигнала D и D-sidebands позволяет фиксировать фон


e+e–J/DD

Тагируем невосстановленный D: • |Mrecoil (J/ D) - M D | < 70MeV

Refit Mrecoil (J/ D) M D :

• уменьшает разрешение M DD ~10 раз

Широкий пик вблизи MDD не согласуется с нерезонансным рождением DD в процессе

e+e− J/ DD параметры пика имеют большую

систематическую ошибку подгонки

D D

3.8

D


D*-reconstructed D-tag

X(3940)

cross check3.8

X(3940)

D reconstructed D*tag

6.0

ee J/ DD reflection

M = 3942 ±6 MeV

tot =37 ±12 MeV

Nev= 52 ±11

+7-6

+26 - 15+24 - 16

X(3940)DD* подтвержден на новых данных

M и согласуются с опубликованными результатами

e+e– J/DD* и D*D D*

D


M=(4156 15)MeV/c2

=(139 21)MeV

+25−20

+111 −61

Широкий отчетливый пик на пороге Найдено новое состояние

X(4160) )(C = +1) ≠ ψ(4160) (C = –1)

в моде распада D*D*

e+e− J/ D*D*

5.5 X(4160)

D*reconstructed D*tag

Еще одно новое состояние, требующее объяснения...

JPС=0− + (c (4S)) не исключено

D*

Борновское сечение измеренных состояний сравнимо с остальными сечениями парного рождения

X(3872)

Вторник, 27 ноября 2007 г. Конференц-зал17.45 Р.Н. Чистов (ИТЭФ) Рождение чармония в распадах В-мезонов


Что мы знаем о X(3872)Впервые найдено: B →X(3872)K , X →J/ • PRL 91, 262001 (2003) by BELLE

Рождение• На B фабриках только в распадах B мезонов• Прямое рождение на Тэватроне • Не найден в γγ• Не найден в e+e– (ISR)

Распады• J/ = J/(нарушение изоспина!!!)• BF(X→J/BF(X →J/• X →J/ ( очень мал!!! но виден!!!!)

• C=+1М(X) = (3871.40.6) МэВ PDG2007

• близка к MD*0+MD0 = (3871.810.36) МэВWidth<2.3 МэВ 90%CL PDG2007

Квантовые числа• Угловой анализ: JPC = 1++ или 2─ + (CDF 2006)• Угловой анализ в распадах B мезонов: JPC = 1++ (Belle 2005) J>2 не

проверялись

B (X J/ )

B (X J/ )0.190.07


M(M

eV)

JPC

(2S+1)LJ

Increasing L

Incr

easi

ng

n

c

’c

J/

’ c2 c1

c0

hc

Open charm threshold(3770)

(4040)

(4160)

(pot. Models)QWG: hep-ph/0412158

X(3872)?

• Не согласуется с предсказанными состояниями!

• состояние с массой выше порога рождения DD: должно быть широким, однако оно узкое • распадается в конечное состояние J/, подавленное для чармония

Может быть это ...DD* молекула• масса на пороге • предпочитает DD* распадам J/ , а затем J/

Тетракварк• объясняет малую ширину• предсказывает 4 состояния: 2 заряженных и 2 нейтральных

• важно найти заряженное!!!

Загадочный X(3872)


B±XK± B0XKS 6.5(first obs.)

Belle-CONF-0711

Новые измерения массы X(3872) и BR в распадах B→XK, X→J/

MX = M(X from B±) ─ M(X from B0) = (0.22±0.90±0.27)MeV/c2

•нет расщепления масс, предсказанного для тетракварков •Br(B0→X(3872)K0)/Br(B±→X(3872)K±) = 0.94±0.24±0.10• заряженные и нейтральные B мезоны распадаются в X(3872) со сравнимыми BR, некоторые молекулярные модели предсказывают 1/10!

X(3872)дублет тетракварков?

cdc dXd =

cuc uXu =


X(3875) в распадах D0D0

Belle: B XK , XD0D00 PRL 97, 162002 (2006)

BaBar: подтвердил в B+& B0 D0D*0K BABAR-PUB-07/049

Прекрасное согласие Belle/BaBaR, но ... 4 от M(J/ψ


Масса X(3872)

ДВА СОСТОЯНИЯ?

X(3872) & X(3875) ?И

скл

юч

ено

из

уср

едн

ени

я

Масса X в распадах

X→J/ и X → DD(*)

отличается на ~ 4


Август 2007

Z+(4430)

Первое заряженное экзотическое состояние

со «скрытым очарованием»


Найден (2S)резонанс в BKS

(2S) ℓ+ℓ–; J/

M = (4433±4) MeV= (44+17

-13) MeV

arXiv:0708.1790

7.3

K*(890) & K*(1430) исключены

(2S))

548 fb-1

M2 (

(2S

)),

(G

eV2 )

M2(K), (GeV2 )K*(890)K+-

K*(1430)K+-

???

Dalitz Plot, Selected events


• Для отражения слишком узкий • Для проверки отдельные каналы распадов J/ψ(ψ’)

•BF и массы согласуются для B± и B0 в пределах ошибок• в распадах B± M=(4430±9) MeV • BF±/BF0=1.0±0.4

Первое заряженное состояние Z+(4430)!

BF(BKZ)xBF(Z(2S))=(4.1±1.0±1.3) 10-5

• Первое заряженное экзотическое состояние со «скрытым очарованием»• Тетракварк или мезонная молекула?• Для определения JPC необходимо больше данных

Первый безрезультатный поискBX+K, X+J/0

PRD 71, 031501 (2005)


D.V. Bugg “ The Z+(4430) ... is explained naturally as a threshold cusp in the D*(2010)D1(2420) system.” Jonathan L. Rosner“...the mass of this structure ...is not far from the threshold for production of D*D1(2420). A proposed mechanism for production of this state is suggested...”

Gui-Jun Ding“ The difference between Z(4430) as a D*D1molecule and a tetraquark state and how to distinguish between them are discussed... if Z(4430) is a D*D1 molecule state, there should be a B*B1 bound state as well, and it mass is about 11048.6 MeV. “

S. S. Gershtein, A. K. Likhoded, G. P. Pronko“We discuss exotic states X(3872) and Z+(4430) ... The QCD-string based explanation is suggested.”

L. Maiani, A.D. Polosa, V. Riquer“We identify the newly found Z(4433) with the first radial excitation of the tetraquark basic supermultiplet to which X(3872) and X(3876) belong...”

Эпилог


e+

e– cc

Theory

Belle

BE

S

Cleo

BaB

artetraquark

hyb

rid

mol

ecu

le

Чармоний 2007 н ов ости эксперимен та

Documents