ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2021, том 84, № 2, с. 156-159
ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ И ПОЛЯ
ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА e+e- → ηπ0γ
В ОБЛАСТИ ЭНЕРГИИ
√s = 1.05-2.00 ГэВ
© 2021 г. М. Н. Ачасов1),2), А. Ю. Барняков1), А. А. Байков1),2),
K. И. Белобородов1),2), А. В. Бердюгин1),2), А. Г. Богданчиков1), А. А. Ботов1),
В. Б. Голубев1), Т. В. Димова1),2), В. П. Дружинин1),2), В. Н. Жабин1),
Л. В. Кардапольцев1),2)*, Д. П. Коврижин1), А. А. Король1),2), А. С. Купич1),
К. А. Мартин1), Н. А. Мельникова1), Н. Ю. Мучной1),2), А. Е. Oбразовский1),
Е. В. Пахтусова1), К. В. Пугачев1),2), Я. C. Савченко1),2), С. И. Середняков1),2),
З. К. Силагадзе1),2), И. К. Сурин1), Ю. В. Усов1), А. Г. Харламов1),2), Д. А. Штоль1)
Поступила в редакцию 08.06.2020 г.; после доработки 08.06.2020 г.; принята к публикации 08.06.2020 г.
Процесс e+e- → ηπ0γ изучается в области энергии в системе центра масс от 1.05 до 2.00 ГэВ
по данным с интегральной светимостью 94.5 пбн-1, накопленным в эксперименте с детектором
СНД на e+e--коллайдере ВЭПП-2000. Впервые измерено сечение этого процесса и показано, что
его доминирующим механизмом является переход через промежуточное состояние ωη. Измеренное
сечение подпроцесса e+e- → ωη → ηπ0γ согласуется с предыдущими измерениями в канале e+e- →
→ π+π-π0η. С достоверностью 5.7 σ было установлено, что процесс e+e- → ηπ0γ не полностью
описывается адронными промежуточными состояниями типа V P . Измерено сечение для этого
недостающего вклада, который может происходить от радиационных процессов, например, e+e- →
→ a0(1450)γ. Оно составляет 15-20 пбн в широком интервале энергии от 1.3 до 1.9 ГэВ.
DOI: 10.31857/S0044002721010037
1. ВВЕДЕНИЕ
Доминирующий вклад в сечение процесса (1) в
изучаемой области энергии дает процесс e+e- →
Настоящая работа посвящена изучению про-
→ ωη с распадом ω → π0γ. Этот процесс изме-
цесса
рялся в экспериментах BABAR [8], КМД-3 [9] и
e+e- → ηπ0γ
(1)
СНД [10] в канале распада ω → π+π-π0.
в области энергии в системе центра масс
√s =
В рамках настоящей работы наибольший ин-
= 1.05-2.00 ГэВ в эксперименте с детектором
терес представляет поиск радиационных распадов
СНД [1] на e+e--коллайдере ВЭПП-2000 [2]. Ра-
возбужденных векторных мезонов семейств ρ, ω и
нее этот процесс исследовался вблизи φ-мезонного
φ на a0(980)γ, a2(1320)γ и a0(1450)γ. Измерение
резонанса в экспериментах СНД на ВЭПП-2М [3],
ширин этих распадов важно для понимания квар-
КМД-2 [4] и KLOE [5]. В этой области доминиру-
ковой структуры возбужденных легких векторных
ющим механизмом реакции является распад φ →
мезонов. В частности, есть указания на то, что воз-
→ a0(980)γ. Ниже (√s = 0.920-1.004 ГэВ) и выше
бужденные состояния ρ- и ω-мезонов могут иметь
примесь векторного гибридного состояния [11].
(√s = 1.03-1.38 ГэВ) φ-мезонного резонанса про-
Ширины их радиационных распадов чувствитель-
цесс (1) измерялся в эксперименте КМД-2 [6], где
ны к примеси гибридного состояния [12].
был установлен верхний предел на сечение на 90%
уровне достоверности около 0.1 нбн. При боль-
Анализ, представленный в настоящей работе,
ших энергиях имеется только измерение распада
основан на данных с интегральной светимостью
J/ψ → ηπ0γ в эксперименте BESIII [7].
94.5 пбн-1, записанных СНД в 2010, 2011, 2012 и
2017 гг. Эти данные были набраны в 101 энерге-
1)Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН,
тической точке в области
√s = 1.05-2.00 ГэВ. Так
Новосибирск, Россия.
как сечение изучаемого процесса мало и относи-
2)Новосибирский государственный университет, Новоси-
бирск, Россия.
тельно медленно меняется с энергией, данные были
*E-mail: L.V.Kardapoltsev@inp.nsk.su
слиты в 13 интервалов по энергии.
156
ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА e+e- → ηπ0γ
157
2. УСЛОВИЯ ОТБОРА
Во втором классе (res-ηπγ) находятся события
остальных адронных процессов, имеющих конеч-
В настоящей работе процесс e+e- → ηπ0γ изу-
ное состояние ηπ0γ:
чается в пятифотонном конечном состоянии. Вы-
деление событий этого процесса осуществляется в
e+e- → ρη, e+e- → φη, e+e- → φπ0,
(6)
две стадии. На первой стадии отбираются собы-
тия с ровно пятью фотонами с энергией больше
e+e- → ωπ0, e+e- → ρπ0.
(7)
20 МэВ и отсутствием заряженных частиц. По-
Третий класс (rad-ηπγ) содержит события от ради-
следнее условие обепечивается требованием, что
ационных распадов возбужденных векторных ме-
число сработавших проволочек в дрейфовой ка-
зонов, т.е. процессы e+e- → a0(980)γ, e+e- →
мере меньше четырех. Накладывается условие на
→ a0(1450)γ и e+e- → a2(1270)γ. Последний чет-
полное энерговыделение в калориметре EEMC и на
вертый класс (bkg) — это события фона. Первые
суммарный импульс события PEMC, вычисленный
три класса описывают разные промежуточные ме-
по сработавшим кристаллам в калориметре,
γ.
ханизмы процесса e+e- → ηπ0
EEMC/√s > 0.6, PEMC/√s < 0.3.
(2)
Числа событий в каждом классе определяют-
ся при совместной аппроксимации распределения
Требуется также отсутствие срабатывания мюон-
ной системы.
по инвариантной массе π0γ для событий из сиг-
Основным фоновым процессом является
нальной области (χ2ηπ0γ-χ5γ<10),ираспреде-
e+e- → ωπ0 → π0π0γ.
(3)
ления по χ2ηπ0γ-χ5γдляконтрольнойобласти
Также исследовался фон от других наиболее суще-
(10 < χ2ηπ0γ-χ5γ<60).Использованныеприап-
проксимации распределения для четырех классов
ственных в исследуемой области энергии многофо-
событий получаются по моделированию.
тонных процессов.
В результате аппроксимации во всем изучаемом
Для подавления фона для событий прошед-
диапазоне энергии получаются следующие значе-
ших предварительный отбор проводится кинема-
ния чисел событий в четырех классах:
тическая реконструкция в гипотезах e+e- → 3γ,
Nωη = 267 ± 20, Nrad = 97 ± 21,
(8)
e+e- → 5γ, e+e- → π0π0γ и e+e- → ηπ0γ с тре-
бованиями сохранения энергии и полного импульса
Nres = 27, Nbkg = 113 ± 10.
в событии. Для последних двух гипотез допол-
Суммарный вклад от фоновых процессов, вычис-
нительно накладываются условия, что инвариант-
ленный с помощью моделирования, равен Ncalcbkg =
ные массы пар фотонов равны массам π0- и η-
= 123 и хорошо согласуется с результатом аппрок-
мезонов. В результате кинематической реконструк-
симации.
ции уточняются энергии и углы фотонов, а также
вычисляется χ2 предполагаемой кинематической
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ
гипотезы. На полученные таким образом значения
Для определения борновского сечения исполь-
χ2 накладывались следующие условия:
зовалось выражение
(4)
χ25γ < 30, χ2ηπ0γ-χ5γ<10,
N
σB =
,
(9)
εL(1 + δ)
χ23γ > 50, χ2π0π0γ-χ5γ>80.
где N — число событий соотвествующего класса,
Для оценки фона наряду с сигнальной областью,
ε —эффективность регистрации, L—интеграль-
определенной условиями
(4), рассматривалась
ная светимость, (1 + δ) — радиационная поправка
также контрольная область, в которой условие
согласно [13]. Используя полученные из аппрокси-
χ2ηπ0γ-χ5γ<10былозамененона10<χηπ0γ-
мации числа событий в 13 энергетических интер-
- χ25γ < 60.
валах для классов ωη и rad-ηπγ, были измерены
сечения процессов e+e- → ωη → ηπ0γ и e+e- →
→ rad-ηπ0γ соответственно. Измеренные сечения
3. АППРОКСИМАЦИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ
приведены на рис. 1 и 2.
ПО ИНВАРИАНТНОЙ МАССЕ π0γ
Важным вопросом является значимость по-
И χ2ηπγ -χ25γ
лученной при аппроксимации величины вклада
Отобранные события можно разделить на четы-
rad-ηπγ. Для этого сравниваются значения функ-
ции правдоподобия для аппроксимации, описанной
ре класса. Первый класс (ωη) содержит события
процесса
выше (L1), и аппроксимации с Nrad ≡ 0 (L0). По-
лученная таким образом значимость наблюдения
e+e- → ωη → ηπ0γ.
(5)
сигнала rad-ηπγ составляет 5.7 σ.
ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 84
№2
2021
158
АЧАСОВ и др.
пбн
350
SND (ω → π0γ)
SND (ω → 3π)
300
CMD-3
BaBar
250
FIT 1
200
FIT 2
150
100
50
0
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2.0
2E,ГэВ
Рис. 1. Зависимость борновского сечения процесса e+e- → ωη → ηπ0γ от энергии, измеренная в настоящей работе
(закрашенные круги). Для сравнения приведены измерения сечения e+e- → ωη в канале распада ω → π+π-π0 в
экспериментах SND [10] (полые круги), КМД-3 [9] (квадраты) и BABAR [8]. Эти данные были умножены на вероятность
распада B(ω → π0γ) [14]. Kривая показывает результаты аппроксимации, описанной в тексте.
5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
установлено, что процесс e+e- → ηπ0γ не пол-
ностью описывается адронными промежуточными
В эксперименте с детектором СНД на коллай-
состояниями. Мы предполагаем, что недостающий
дере ВЭПП-2000 было впервые измерено сече-
вклад (rad-ηπγ) происходит от радиационных про-
ние процесса e+e- → ηπ0γ в области энергии от
цессов, например, e+e- → a0(980)γ, a0(1450)γ и
1.05 до 2.00 ГэВ. Основной вклад в сечение дает
a2(1270)γ. Измерено сечение процесса e+e- →
промежуточный механизм ωη. Измеренное сечение
→ rad-ηπ0γ. Оно составляет 15-20 пбн в широком
подпроцесса e+e- → ωη → ηπ0γ хорошо согласу-
ется с предыдущими измерениями этого сечения
интервале энергии от 1.3 до 1.9 ГэВ.
в экспериментах СНД и КМД-3 в моде распа-
да ω → π+π-π0. С достоверностью 5.7 σ было
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
пбн
1. M. N. Achasov, D. E. Berkaev, A. G. Bogdanchikov,
D. A. Bukin, I. A. Koop, A. A. Korol, S. V. Koshuba,
D. P. Kovrizhin, A. V. Otboev, E. A. Perevedentsev,
50
DATA
Yu. A. Rogovsky, A. L. Romanov, P. Yu. Shatunov,
FIT
Yu. M. Shatunov, D. B. Swartz, A. A. Valkovich, and
40
I. M. Zemlyansky, Nucl. Instrum. Methods A 598,
30
31 (2009); V. M. Aulchenko, A. G. Bogdanchikov,
A. A. Botov, D. A. Bukin, D. A. Bukin, T. V. Dimova,
20
V. P. Druzhinin, V. P. Filatov, V. B. Golubev,
A. G. Kharlamov, A. A. Korol, S. V. Koshuba,
10
A. E. Obrazovsky, E. V. Pakhtusova, V. M. Popiv,
S. I. Serednyakov, et al., Nucl. Instrum. Methods
0
A 598, 102 (2009); A. Yu. Barnyakov, M. Yu.
Barnyakov, K. I. Beloborodov, A. R. Buzykaev,
-10
A. F. Danilyuk, V. B. Golubev, V. L. Kirillov,
S. A. Kononov, E. A. Kravchenko, A. P. Onuchin,
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
K. A. Martin, S. I. Serednyakov, V. M. Vesenev,
2E, ГэВ
et al., Nucl. Instrum. Methods A 598, 163 (2009);
V. M. Aulchenko, A. G. Bogdanchikov, A. A. Botov,
Рис. 2. Зависимость борновского сечения для процес-
D. A. Bukin, M. A. Bukin, E. A. Chekushkin,
са e+e- → rad-ηπ0γ от энергии. Точки с ошибками —
T. V. Dimova, V. P. Druzhinin, A. A. Korol,
данные, кривая — результат аппроксимации, описан-
S. V. Koshuba, A. I. Tekutiev, and Yu. V. Usov, Nucl.
ной в тексте.
Instrum. Methods A 598, 340 (2009).
ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 84
№2
2021
ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА e+e- → ηπ0γ
159
2.
P. Y. Shatunov, D. E. Berkaev, Yu. M. Zharinov,
7. M. Ablikim et al. (BESIII Collab.), Phys. Rev. D 94,
I. M. Zemlyansky, A. S. Kasaev, A. N. Kyrpotin,
072005 (2016).
I. A. Koop, A. P. Lysenko, A. V. Otboev,
8. B. Aubert et al. (BaBar Collab.), Phys. Rev. D 73,
E. A. Perevedentsev, V. P. Prosvetov, Yu. A. Rogovsky,
052003 (2006).
A. L. Romanov, A. I. Senchenko, A. N. Skrinsky, Yu.
9. R.
R. Akhmetshin, A. N. Amirkhanov,
M. Shatunov, and D. B. Shwartz, Phys. Part. Nucl.
A. V. Anisenkov, V. M. Aulchenko, V. Sh. Banzarov,
Lett. 13, 995 (2016).
N. S. Bashtovoy, D. E. Berkaev, A. E. Bondar,
3.
M. N. Achasov, S. E. Baruk, K. I. Beloborodov,
A. V. Bragin, S. I. Eidelman, D. A. Epifanov,
A. V. Berdyugin, A. V. Bozhenok, A. D. Bukin,
L. B. Epshteyn, A. L. Erofeev, G. V. Fedotovitch,
D. A. Bukin, S. V. Burdin, T. V. Dimova,
S. E. Gayazov, A. A. Grebenuk, et al., Phys. Lett. B
S. I. Dolinsky, V. P. Druzhinin, M. S. Dubrovin,
773, 150 (2017).
I. A. Gaponenko, V. B. Golubev, V. N. Ivanchenko,
10. M. N. Achasov, A. Yu. Barnyakov, K. I. Beloborodov,
A. A. Korol, et al., Phys. Lett. B 479, 53 (2000).
4.
R. R. Akhmetshin, E. V. Anashkin, M. Arpagaus,
A. V. Berdyugin, A. G. Bogdanchikov, A. A. Botov,
V. M. Aulchenko, V. S. Banzarov, L. M. Barkov,
T. V. Dimova, V. P. Druzhinin, V. B. Golubev,
N. S. Bashtovoy, A. E. Bondar, D. V. Bondarev,
V. P. Kardapoltsev, A. G. Kharlamov, A. A. Korol,
A. V. Bragin, D. V. Chernyak, A. S. Dvoretsky,
S. V. Koshuba, D. P. Kovrizhin, A. S. Kupich,
S. I. Eidelman, G. V. Fedotovich, N. I. Gabyshev,
R. A. Litvinov, et al., Phys. Rev. D 99, 112004 (2019).
A. A. Grebeniuk,et al., Phys. Lett. B 462, 380 (1999).
11. A. Donnachie and Yu. S. Kalashnikova, Phys. Rev. D
5.
KLOE Collab. (F. Ambrosino et al.), Phys. Lett. B
60, 114011 (1999).
681, 5 (2009).
12. F. E. Close, A. Donnachie, and Yu. S. Kalashnikova,
6.
R. R. Akhmetshin, V. M. Aulchenko, V. Sh. Banzarov,
Phys. Rev. D 65, 092003 (2002).
A. Baratt, L. M. Barkov, S. E. Baru, N. S. Bashtovoy,
13. Е. А. Кураев, В. С. Фадин, ЯФ 41, 733 (1985) [Sov.
A. E. Bondar, D. V. Bondarev, A. V. Bragin,
J. Nucl. Phys. 41, 466 (1985)].
S. I. Eidelman, D. A. Epifanov, G. V. Fedotovitch,
14. M. Achasov et al. (SND Collab.), Phys. Rev. D 93,
D. A. Gorbachev, A. A. Grebeniuk, D. N. Grigoriev,
092001 (2016).
et al., Phys. Lett. B 562, 173 (2003).
STUDY OF THE PROCESS e+e- → ηπ0γ IN THE ENERGY RANGE
√s = 1.05-2.00 GeV
M. N. Achasov1),2), A. Yu. Barnyakov1), A. A. Baykov1),2), K. I. Beloborodov1),2),
A. V. Berdyugin1),2), A. G. Bogdanchikov1), A. A. Botov1), V. B. Golubev1), T. V. Dimova1),2),
V. P. Druzhinin1),2), V. N. Zhabin1),2), L. V. Kardapoltsev1),2), D. P. Kovrizhin1),2),
A. A. Korol1),2), A. S. Kupich1), K. A. Martin1),2), N. A. Melnikova1), N. Yu. Muchnoi1),2),
A. E. Obrazovsky1), E. V. Pakhtusova1), K. V. Pugachev1),2), Ya. S. Savchenko1),2),
S. I. Serednyakov1),2), Z. K. Silagadze1),2), I. K. Surin1), Yu. V. Usov1),
A. G. Kharlamov1),2), and D. A. Shtol1),2)
1)Budker Institute of Nuclear Physics, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences,
Novosibirsk, Russia
2)Novosibirsk State University, Russia
Process e+e- → ηπ0γ has been studied in the energy range 1.05-2.00 GeV using the data with integrated
luminosity 94.5 pb-1 collected by the SND detector at the VEPP-2000 e+e- collider. The cross section of
this process was measured for the first time and it was shown that its dominant intermediate mechanism is
the transition through intermediate state ωη. The measured cross section of the subprocess e+e- → ωη →
→ ηπ0γ is consistent with previous measurements in the channel e+e- → π+π-π0η. With a significance
of 5.7 σ, it was found that the process e+e- → ηπ0γ is not completely described by hadron intermediate
states like V P . The cross section was measured for this missing contribution, which can originate from
radiation processes, for example, e+e- → a0(1450)γ. It is 15-20 pb in a wide energy range from 1.3 to
1.9 GeV.
ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 84
№2
2021
