OSSERVAZIONE di un mesone STRETTO
*
DsJ
(2317)   Ds 0 in
Alexis POMPILI ( Università & I.N.F.N. di Bari )
per la Collaborazione BaBar
XV - IFAE Lecce
Sessione Quark Pesanti - 25 Aprile 2003
- Cenni di spettroscopia del sistema dei mesoni Ds
- Selezione dei candidati Ds  K  K -  , K  K -  0
- Evidenza di un mesone stretto a 2.32 GeV c 2 che decade in Ds 0
- Ricerca di altri eventuali canali di decadimento
- Controllo su possibili riflessioni
- Discussione su JP e conclusioni
Spettroscopia degli stati cs
m[GeV]
Godfrey-Isgur model
1 3D3
2 1S 0
*
2 3S1
D K D K
0
Informazione
sperimentale
limitata
*0

1 3P1 (2.57) 1 3P (2.59)
2
1 1P1 (2.53)
1 3S1 (2.13)
1 1S0 (1.98)
*
DsJ
(2573) 
(mix?)
D0 K 
violazione di isospin
Ds* (2112) 
 (94%), (6%)
0
Ds (1969)
P
J
j  3 2  J  1, 2
onda -S
onda -P
[nel limite di M(q=c) >> m(q=s) …]
quark s : l,s conservati separatamente
Ds1 ( 2535) 
1 3P0 ( 2.48)
Approx. : quark pesante
sorgente statica di potenziale
j  1 2  J  0,1
+inter. spin-orbita : j= l+s conservato
+quark c con spin S
- interazioni soppresse di m/M
- inter. spin-orbita
 
l S
- inter. di contatto spin-spin
- forza tensoriale
J= j+S conservato
[stretti]
[larghi]
2
Alexis Pompili (Università & INFN Bari)
XV - IFAE Lecce 2003
 
s S
Godfrey-Isgur [Phys. Rev. D32 (1985)]
Godfrey-Kokoski [Phys. Rev. D43 (1991)]
Di Pierro-Eichten [Phys.Rev. D64 (2001)]
Diversi modelli teorici predicono masse fra
2.4  2.6 GeV per
c2 (
che dovrebbero decadere per emissione di K ed essere larghi (
j  1 2 , J P  0 ,1) 
difficilmente rivelabili )

Sperimentalmente non vi sono candidati per questi 2 stati in onda-P
D0 K 
Lo scalare 0+ con massa  2.48 GeV c 2dovrebbe decadere in
in onda-S ed avere una larghezza   270 990 MeV
, ma …
... se fosse sotto soglia … decadrebbe in modo diverso, p.es. in
Ds 0
violando l’isospin, e in tal caso sarebbe estremamente stretto !
Studio dello spettro di massa
Ds 0 prodotto inclusivamente
Oggetto di questa analisi :
3
Alexis Pompili (Università & INFN Bari)
XV - IFAE Lecce 2003
Ricostruzione e criteri di selezione
Ds 0 ; Ds  K  K -  , K  K -  0 ;  0  
E  100MeV
PID
ciascuno non
condivide
fotoni con altri
fit geometrico ad
un vertice comune
P (  2 )  0.1%
NON IN SCALA
se traiettoria consistente
con la regione di interaz.
momento nel CMS :
*
p  2.5 GeV c
- rimuove fondo combinatorio dal continuo
- elimina fondo da decadimento dei mesoni B
Anti- selezione per
coppie  (origine nel vertice
coppie  (origine nel vertice delle
D*  D 0  con
di produz.) con fit cinematico
tracce cariche) con fit cinematico
veto per D 0  K  K - :
[ vincolo :
2
m( 0 )] P (  )  1%
[ vincolo :
m( 0 )]
P (  2 )  10 %
m( K  K - )  1.84GeV c 2
4
Alexis Pompili (Università & INFN Bari)
XV - IFAE Lecce 2003
D s selezionati usando i modi
 (1020)
  , K *0 K 
K * (892) 0
K *0

S/N migliorato dal taglio sull’angolo di elicità
sotto-campioni disgiunti
D s
cos  0.5
D
5
Alexis Pompili (Università & INFN Bari)
XV - IFAE Lecce 2003
Spettri di massa K  K -  ,  , K  K -  0 , Ds
D
coppie  negli eventicon candidati Ds 0
D s

Picco largo dovuto a combinazioni casuali
Ds* ( 2112)   dove Ds* (2112)   Ds
!
!
Il segnale a 2.32 GeV c 2
è assente nelle distribuzioni
da bande laterali :il picco è
associato al sistema Ds 0
Nessun altro segnale è
evidente fino a 2.7 GeV c 2
a parte quello associato a

0
: fit cinematico
E ( Ds ) con massa nominale
Ds* (2112)   Ds 0
6
Alexis Pompili (Università & INFN Bari)
XV - IFAE Lecce 2003
Spettro di massa Ds 0
p  3.5 GeV c
*
Ds  K  K - 
 m   2316.8  0.4 (stat.) MeV c 2
1267 53 candidati
  8.6  0.4 (stat.) MeV c 2
 m   2317.6  1.3 ( stat.) MeV c 2
  8.8  1.1 ( stat.) MeV c
273 33 candidati
Ds  K  K -  0
p ( 0)  300MeV c
2
Incertezza sistematica
sulla massa stimata
conservativamente :
 3 MeV c 2
Una stima della risoluzione in massa per il sistema
K  K -  0 è ottenibile direttamente dai dati fit
 -  0
tando la distrib. di massa del Ds  K K   la
*
cui  è consistente con quella del segnale
DsJ
(2317) 
Una risoluzione in massa simile si ottiene dalla
*
simulazione di
DsJ
(2317)   K  K -  0
7
Alexis Pompili (Università & INFN Bari)
XV - IFAE Lecce 2003
Controllo di possibili riflessioni - 1
Verificato che un segnale D* ( 2317) non deriva da riflessioni di altri stati charmati
sJ

[usando dati simulati e e  cc con tutti gli stati charmati e i decadimenti noti]
*
DsJ
(2317non
)  deriva da riflessioni
Verificato nei dati che un segnale
*
del D per misidentificazione
  K
N.B. : 1) evento selezionato senza richiedere la presenza di un
0
2) ciascun  non deve formare un  con
ogni altro  ;
Ds* (2112) 
; 0
E ( )  150MeV
p* ( Ds )  3.5 GeV c
*
DsJ
(2317)   Ds  non c’è !
Combinazioni
Combinazioni
Ds - 
Ds -  - 
*
DsJ
(2317)   Ds* (2112)   non c’è !
Combinazioni Ds* ( 2112)  - 
2
2.2
2.4
2.6
m [ GeV c 2 ]
p* ( Ds )  3.5 GeV c
8
Alexis Pompili (Università & INFN Bari)
XV - IFAE Lecce 2003
Controllo di possibili riflessioni - 2
p* ( Ds 0 )  3.5 GeV c
?
Combinazioni
Ds -  0 - 
Combinazioni
Ds* (2112)  -  0
m [ GeV c 2 ]

 0
 0
 0
Dagli scatter plots Ds  vs Ds   , Ds  vs Ds  si vede che questa massa corrisponde
*
Ds* (2112)  , DsJ
(2317) 
alla regione di sovrapposizione delle bande strette dei segnali
 0
Ds  fosse dovuto ad uno stato con massa
Se il picco nella distribuz. di massa
*
 0
2
 2.46 GeV c che decade in Ds (2112)  , potrebbe cinematicamente produrre
0
un picco nella distribuz. di massa
ai
Dsintorno
2.32 GeV !c 2
… ma … per tale riflessione si dovrebbe avere una
CONTROLLI :
[MC tests]
  15 MeV !c 2
… ma … tale riflessione sarebbe responsabile solo di 1/6 del segnale visto!
9
Alexis Pompili (Università & INFN Bari)
XV - IFAE Lecce 2003
Distribuzione angolare
*
 : angolo del  0 nel sistema a riposo del DsJ
(2317) 
*
rispettoalla direzione del DsJ
(2317)  nel CMS
Ds* (2317)  in bins di cos
[fondo sottratto]
Efficienza
Distribuzione angolare consistente con l’essere piatta ( 43% di probabilità )
10
Alexis Pompili (Università & INFN Bari)
XV - IFAE Lecce 2003
Discussione su JP
*
DsJ
(2317) 

Ds [0 - ] 0
conservazione parità
violazione di isospin (
spin-parità naturale :
 stretta )
0 ,1- , 2 , ...
La distribuzione di elicità corretta per l’efficienza e’ piuttosto piatta
 J  0 , oppure J  0
La massa inferiore rispetto a
J 0
P

proibisce
ma con produzione non-polarizzata
*
Ds1 (2536)  , DsJ
(2573) favorisce
*
DsJ
(2317)   Ds [0 - ] 
non esclude
*
DsJ
(2317)   Ds* [1- ] 
J P  0
(OK : non riscontrato)
( non riscontrato :
prevale l’emissione di  )
11
Alexis Pompili (Università & INFN Bari)
XV - IFAE Lecce 2003
Conclusioni
Con i primi 91 fb-1 di dati raccolti da BaBar si è studiato lo spettro di massa
Ds 0
2
Un segnale netto e stretto è stato osservato, alla massa di
con

2
.
32
GeV
c
una larghezza  10 MeV c 2consistente con la risoluzione sperimentale, per
i 2 distinti modi di decadimento
Ds  K  K - e
Ds  K  K -  0
Non vi è evidenza di decadimenti di questo stato in
Ds , Ds* (2112)   , Ds
Vari controlli sono stati eseguiti per accertarsi che esso non sia il risultato di
riflessioni significative di altre risonanze di massa inferiore o superiore.
La probabile assegnazione J P  0,la bassa massa, la piccola larghezza
e le modalità di decadimento lo caratterizzano quale stato non predetto
dagli attuali modelli a potenziale della spettroscopia dei mesoni charmati
O questi modelli richiedono modifiche oppure questo stato
non è un mesone csma è uno stato esotico (p.es. a 4-quarks)
hep - ex / 0304021[sott. Phys. Re v. Lett.]
12
Alexis Pompili (Università & INFN Bari)
XV - IFAE Lecce 2003