Введение к работе
Диссертация посвящена изучению механизмов рождения чармония в е+е~ аннигиляции. В работе представлены первое обнаружение и результаты измерения процессов парного рождения чармония, а также ассоциативного рождения чармония и очарованных мезонов в е+е~ аннигиляции. Измерены сечения этих процессов, оказавшиеся на порядок выше ожидаемых теоретически. Результаты углового анализа находятся в разногласии с теорией. В диссертации представлено обнаружение новых состояний чармония. Свойства одного из них, Х(3940), плохо согласуются с ожиданиями кварковой модели.
Экспериментальные данные, использованные в представленных исследованиях, получены на установке Belle, работающей на асимметричном е+е~-коллайдере КЕКВ (г. Цукуба, Япония) в области энергии рождения Y(49)-резонанса.
Актуальность темы
Физика кваркония предоставляет уникальную возможность исследовать свойства сильного взаимодействия на малых расстояниях, где доминируют пертурбативные эффекты. Благодаря большой массе обоих кварков теоретические модели выглядят более надежными, чем в случае обычных мезонов, содержащих легкий кварк. С другой стороны, состояния кваркония тестируют взаимодействия на больших расстояниях, где теория возмущений неприменима, и до сих пор не существует математического аппарата для численных расчетов в рамках КХД.
В 1995 году на Теватроне проявилось первое существенное разногласие между теоретическими расчетами рождения чармония и экспериментом: измеренное сечение рождения ip{2S) с большим поперечным импульсом в рр
взаимодействиях оказалось более чем на порядок выше оцененного теоретически. Хотя была предложена гипотеза, позволившая частично устранить это противоречие, сомнения в ее справедливости оставались до последнего времени. В результате последующего изучения рождения кваркония в разнообразных процессах обнаружилось отсутствие самосогласованного понимания механизмов его рождения. Рождение чармония в е+е~ аннигиляции представляет простейший процесс для теоретических вычислений, а после начала работ >-фабрик исследовалось экспериментально на большой статистике данных. Первое измерение сечения рождения J /ф и его кинематических характеристик в эксперименте Belle [1] не противоречило теоретическим вычислениям. Однако последующие исследования механизма рождения J/ф в е+е~ аннигиляции показали серьезные разногласия с теорией. В частности, одной из главных проблем явилось противоречие между большими измеренными сечениями парного рождения чармония в е+е~ аннигиляции [2, 3] и процесса е+е~ —> J/фес [2, 4], результаты исследования которых представлены в диссертации, с теоретическими предсказаниями.
Не менее противоречивой областью в последние пять лет стала спектроскопия чармония. Десять состояний чармония были открыты в период с 1974 по 1979 гг., а в течение последующих двадцати пяти лет не было найдено ни одного нового состояния. В 2002 г. началась новая эпоха революционных экспериментальных открытий. Обнаружены восемь новых состояний, лишь половину которых можно идентифицировать как ожидаемые состояния в спектре возбуждений чармония. Свойства остальных, включая Х(3940), результат измерения которого представлен в диссертации и работе [5], плохо согласуются с теоретическими предсказаниями.
Цель диссертации
Целью диссертации является изучение механизмов рождения чармония в е+е~ аннигиляции и поиск новых состояний в процессе парного рождения чармония.
Научная новизна
Впервые обнаружены процессы парного рождения чармония в е+е аннигиляции е+е~ —> J/ф (ее)res и е+е~ —> ф(23) (cc)res, а также измерены
их сечения. Впервые выполнен угловой анализ процесса е+е~ —> J/ф (cc)Yes. Впервые обнаружен процесс ассоциативного рождения чармония и очарованных мезонов в е+е~ аннигиляции. На основании числа восстановленных пар J/i/j и D-мезонов впервые получено сечение процесса е+е~ —> J/ф ее. Все измеренные сечения на порядок превосходят ожидаемые. В процессе парного рождения обнаружены новые состояния чармония: rjc{2S) и Х(3940), измерены их массы, ширина Х(3940) и вероятности распадов Х(3940) в конечные состояния DD, D*D и J/феи.
Основные положения, выносимые на защиту
-
Первое обнаружение процессов е+е~ —> J/ф (cc)res-
-
Угловой анализ процессов е+е~ —> J/ф (cc)res-
-
Первое обнаружение процессов е+е~ —> ф(2Б) (cc)res-
-
Измерение сечений обнаруженных процессов парного рождения чармония.
-
Первое обнаружение ассоциативного рождения J/ф и очарованных мезонов в е+е~ аннигиляции.
-
Измерение сечения процесса е+е~ —> J/ф се.
-
Обнаружение новых состояний чармония r]c(2S) и Х(3940); измерение сечений рождения этих состояний в процессе парного рождения чармония; измерение их масс, ширины Х(3940) и вероятностей распадов Х(3940) - DD, D*D, J/фи.
Апробация работы и публикации
Основные материалы диссертации опубликованы в работах [1 — 5]. Материалы, представленные в диссертации, докладывались на совещаниях сотрудничества Belle, семинаре ИТЭФ, сессиях-конференциях секции
отделения ядерной физики РАН, многочисленных международных конференциях. Среди них Рочестерские конференции: ICHEP 2002 (г. Амстердам, Голландия), ICHEP 2004 (г. Пекин, Китай) [6], ICHEP 2006 (г. Москва, Россия) [7]; конференции Европейского физического общества: EPS 2003 (г. Аахен, Германия), EPS 2005 (г. Лиссабон, Португалия) [8]; крупные конференции: FPCP 2002 (г. Филадельфия, США) [9], Recontres de Moriond-2003, 2004, 2005 (г. Лез Арк, Франция) [10], DIS 2003 (г. Санкт-Петербург, Россия), Charm 2006 (г. Пекин, Китай), "Физика на е+е~ коллайдерах-2006" (г. Новосибирск, Россия) [11].
Результаты обнаружения процессов е+е~ —> J/ф (cc)Yes подтверждены сотрудничеством BaBar [12]. Наблюдается хорошее согласие между измерениями сечений парного рождения чармония, представленными в настоящей диссертации и выполненными в эксперименте BaBar.
Структура и объем диссертации
