Сессия "Физика фундаментальных взаимодействий" Протвино 2008

Нарушение изотопической инвариантности в распаде f1(1285)3π

• Введение

• Установка ВЕС и постановка эксперимента

• Характеристики распада f1(1285)π+π-π0

• Выводы

Эксперимент ВЕС Ю.Гуз, В.Дорофеев, Р.Джелядин, А.Екимов, А.Зайцев, А. Ивашин,

А.Карюхин, И.Качаев, В.Ф. Константинов, М.Маковский, В.Матвеев, В.Николаенко, А.Останков, Б.Поляков, Д.Рябчиков, М.Солдатов,

О.Соловьянов, А.А. Солодков, А.В.Солодков, Ю.Хохлов, Н.Шаланда

Введение

• (Лёгкие) Скаляры – актуальная тема КХД.

• Возбуждения вакуума

•скалярное поле – «Хиггс» КХД

• Избыточное кол-во ? Организация мультиплет(ов) ?

I =1 a0 (980, 1450, …) I =0 f0 (400-500, 980, 1300, 1500, 1710…1850)

I =1/2 κ(700, 1430, …)

Структура

(qq; q qqq; MM; gg)?

Нужны доп. эксп. способы

изучения

a0(980) f0(980) смешивание

• a0(980) f0(980) изоспиновая_симметрия

чувствительно к параметрам (M; g2ab ) структура

• ИС нарушается: ЭМ (md-mu)/ms

ωπ+π -, φπ+π -, η/η’ 3π, ψ(2s)J/ψ π0 … …

•..Универсальный (для P,V, B, D) масштаб ИС

(расщепление масс и смешивание ω/ρ , η/π)(Coon, Scadron, PR C 51, 1995)

Πab=-0.005 ГэВ2

• Для a0(980)f0(980) – новый механизм через K-петли (Achasov, Devyanin, Shestakov PL B88, 1979)

1/2

2

K

2

K

2

KKKfKKafafa

0

000

0000 m

mm

π16

gg|Ms||Π|

1/G*dGi/dmππ для a0(980) f0 π+π-

«по Ачасову и др.» «Универсально» (в т.ч. для S,…)

при 2M(K+) < s < 2M(K0)

Bi=0.73 • 10-3Bi=0.17 • 10-3

(предложенные) Эксперименты по a0(980)f0(980)

поляризационный эксп. π- p↑→ηπ0n поиск J/ψ γ f0(980) γ a0(980)(ηπ

0)

поиск в центральном рождении pp pp PP pp f0(980) pp a0(980)(ηπ

0)

асимметрия в p↑+n De π0 η (или p↑+p De π+ η)

поиск f1(1285) π0 a0(980) π0 f0(980)ππ ВЕС (2007-2008)(предвар. рез. – в EPJ A38) N.N.Achasov, G.N.Shestakov, Phys.Rev.D70 (2004) 074015, hep-ph/0312214 ; N.N.Achasov, S.A.Devyanin, G.N.Shestakov, Yad. Fiz. 33 (1981) 1337; Sov.J.Nucl. Phys. 33 (1981) 715; Jia-Jun Wu, Qiang Zhao and B.S.Zou, hep-ph 0704.3652 ;C.Hanhart, B.Kubis, J.R.Pelaez, hep-ph 0707.0262A.; E. Kudryavtsev, V.E. Tarasov, Yad.Fiz.66 (2003) 1994-2000,2003; nucl-th/0304052F.Close, A.Kirk, Phys.Lett. B489 (2000) 24N.N.Achasov and A.V.Kisilev, Phys.Lett. B534 (2002) 83

Изучение распада f1(1285)π+π-π0

• IG JPC = 0+ 1++ M = 1282 МэВ/с2 Г = 24 МэВ/с2

• Основные каналы распада: 4π (~33%), ηππ (~52%) и KKπ (~9%) (вкл. a0(980)π), ργ (~5%)

• Распад на 3π ИС :- через смешивание скаляров f1 π a0 π f0 3π

“универсально” и через связь a0/f0 с KK

другие возможные механизмы- f1(1285) a1(1260) (IG JPC = 1+ 1++) смешивание

(подобно ω ρ, η π, Δ N, Σ Λ)

- через связь f1/a1 с K*K- «контактный» f1 3π

Установка ВЕС

1 -мишень; 2 –вето-счетчики; 3 –счетчик множественности; 4 -магнит; 5 –Čh - счетчик; 6 –Sci - годоскоп; 7 –ЭМ- калориметр.

•Широкоапертурный магнитный спектрометр pt=0.7 ГэВ/с

•ЭМ-калориметрия (1.2 тыс. кан.)

•K/π – идентификация (4-18 ГэВ/с)

•Быстрая ССД (104/сброс)

•Слабовозмущающий триггер

Пучок π- (и К-) в диапазоне p ~ 25 – 45 ГэВ/с

Постановка эксперимента

• Дифракция π - A→A f1π - как источник f1(1285) (при 27, 37, 41 ГэВ/с)

• Детально исследована на ВЕС в моде f1 ηπ+π-

- изучены характеристики и настроены отборы

- одинаковая топология с искомой системой (π0π+π-) π-

- использована для нормировки

• Фоновая π- A→ A (4π)- - с изменением G-чётности (π –обмен) (относительно) подавлена при малых |t| (и больших s)

Отбор событий

• топология: + - - γ γ

• фрагментация пучка: вето вокруг мишени

• идентификация: нет e+- , К+-

• «эксклюзивность»: баланс импульсов

• диапазон по M(γγ) для сигнала π0 / η (105 – 165)/(435 - 620) MeV/с2

• «дифракционность»: |t| < |t|P

• требование m(π+π-π0 ) > 830 MэВ/с2 (ηπ- , ωπ- )

•N(π0π+π-π-) ~ 8.7·105 N(η π+π-π-) ~ 3.0·105

Сигналы π0 и η

В дальнейшем использован pπ0(η) после 1С – подгонки на mπ0(η)

|t| - распределение

Отношение |t|-распределений для

π- N→ N ηπ+π-π- и π- N→ N π0π+π-π-

Система (ηπ+π-π-)

NBW(f1) = (108.1 ± 1.5) 103

Система (ηπ+π-π-) (продолжение)

• (доминирует) образование (f1π-) в P-волне с JP mη= 1+ 0+

• (основной) P-волновой распад f1 → P S (π a0) → ηππ

• угловая часть A(Ω) =3/2 sin1 sin2 sin(0 - 2)

θ1 - угол Готфрида-Джексона «спектаторного» π-

θ2 - полярный угол P в f1-СЦМ с Z || p(спект. π-)

φ0 и φ2 – азимутальные углы пучкового π-

и проекции p(π) на плоскость p(спект. π-)

• Вес W I(Ω) =A(Ω )2

усиливает сигнал π-f1 → π- S P

ε(Ω)

Система π0π+π-π-

b1

a2/f1

a2

K0

ω

ρ/ω

Угловое взвешивание • Wm(3π) / m(3π) = “b/a” = “c”

• Wm(ηππ) / (ηππ) = “d”

• “e” = “c” .AND. m(2π) [970-1000] MэВ/c2

Система π0π+π-π- (продолжение): m(π+π-)

G(K0) + BW_RS(ρ0) + G(ω) + Pol

Подгонка спектров m(π+π-) • m(π+ π- π0 ) [1.15-1.45] ГэВ/c2 -- 30 бинов по 10 MэВ/c2

• m(π+ π-) для каждого бина m(3π) (во всём диапазоне)

• сигнал на ~980 MэВ/c2 в «f1-центральном» бине

• подгонка G(K0) + BW_RS(ρ0) + G(ω) + G(“f0”) + Pol PhS

G(“f0”) – эффективное описание «a0/f0» * разрешение

(m~982 МэВ; σ~25 МэВ, N - свободно)

N(“f0”) vs. M(3 π)

M = 1287 2 МэВ/с2

Γ = 30 6 МэВ/с2

N(f1) = 2300 400

Систематика

• аксептанс ε(4π)/ ε(η3π)=.95

• вариации:

- отборов (γ; подавл.K, ω; мишень…)

- фона в M2 и M3 (Pn, ρ(770))

- формы «f0» (ширина)

- формы f1 (BW vs. G)

Вероятность распада f1 “f0(980)” π 3π Экспериментальное значение

По модели (Ачасов и др.) (варьируя 6 параметров)

BR(f1 π+π-π0) / BR(f1 ηπ+π- ) ~ 0.05 – 0.5 %

• Т.о., эксп. Br (0.8%) - вблизи верхних оценок модели при специфических значениях её параметров (напр., огромная связь f0-

KK). Соотв. Br(a0(980) f0(980) π+π- ) ~ 1.9% (полагая f1 KKπ

на 100% через a0π)

• При «предпочитаемых» значениях параметров модель << эксп.

• Кроме того: по-видимому, наблюден дополнительный (помимо “f0(980)”) вклад в изучаемый распад

)%14.08.0())1285(f(BR

)cGeV00.1)(m97.0()1285(f(BR 6.02.0

1

201

Дополнительная структура в сигнале при m(π+π-) ≈ 950 MэВ/с2

• Взвешивание Wm(2π) / m(2π) для

m(3π) [1260-1310] MэВ/c2

•

• σ (“f0”) ~ 40 МэВ

N(f1) ~ 4*103

BR(f1 π+π-π0) / BR(f1 ηπ+π- ) ~ 1.5 % (!)

Ограничение на f1(1285) a1(1260) ρ π

111

11

111111

11

1

1

af2f

2fa

2

aaff2f

2a

fa

f

a1 m)mm(imm

)f(BR

• Побинная (m3π) подгонка N(ρ) в m(ππ0)

• P2 + BW(a2) + BW(f1) (M,Г фикс.)

• N(f1) = -2700 2400

N(ρ ) vs. m(π+π- π0)

)%31.034.0()f(BR 1

Предел Br(f1 ρ π)<0.31%

|Πf1a1|< 0.005 GeV2 при Γa1= 200 MeV/с2

f1

a2

Заключение

• Изучен распад f1(1285) π+ π- π0 • Вероятность

(несколько) превышает модельный расчет для усиленного

a0(980)f0(980) смешивания за счёт каонных петель

• Наблюден дополнительный вклад сравнимой интенсивности на m(π+π-) ≈ 950 MэВ/с2

• Не наблюдён распад на ρπ: Br(f1 ρ π)=(-0.3 0.3) % на уровне чувствит. близко к универс. |Πf1a1| = 0.005 GeV2

)%14.08.0()1f(BR

)0)2c/GeV00.1m97.0(1f(BR

6.02.0

•Динамика в области m(3π)/m(2π) ~ 1.2-1.3 /0.95-1.0 ГэВ/с2

может представлять интерес