the$virtue$of$precision$spectroscopy$:$ a$new$axial7vector ... · exzellenzcluster universe...

Post on 26-Aug-2020

3 Views

Category:

Documents

0 Downloads

Preview:

Click to see full reader

TRANSCRIPT

Exzellenzcluster Universe

The  virtue  of  precision  spectroscopy  :  A  new  axial-­‐vector  meson  

and   a  look  behind  the  scenery  of  light  meson  decays

Stephan  Paul  for  the  COMPASS  collaboration  

TUM  

Exzellenzcluster Universe

The  virtue  of  precision  spectroscopy  :  A  new  axial-­‐vector  meson  

and   a  look  behind  the  scenery  of  light  meson  decays

Stephan  Paul  for  the  COMPASS  collaboration  

TUM  

Exzellenzcluster Universe

Brief  Overview

• Introduction  • Data-­‐set  and  PWA  analysis  

– Method  and  Analysis  Model    – Results  

• Light  meson  resonances  revisited  • A  new  meson  a1(1420)  • Studies  of  exotic  1-­‐+  

• How  to  observe  decay  dynamics  – Example:  ππ  S-­‐wave  extraction  

• Role  of  f0(980)  

• Radiative  meson-­‐decays  • Conclusions

Exzellenzcluster Universe

Constituent  Quarks  and  Mesons  

f0(500) f0(980) f0(1500)

a4(2040)

Exzellenzcluster Universe

Constituent  Quarks  and  Mesons  

f0(500) f0(980) f0(1500)

a4(2040)

π2(1880)

Exzellenzcluster Universe

Constituent  Quarks  and  Mesons  

f0(500) f0(980) f0(1500)

a4(2040)

π2(1880)

Exzellenzcluster Universe

Constituent  Quarks  and  Mesons  

f0(500) f0(980) f0(1500)

a4(2040)

π2(1880)

Exzellenzcluster Universe

Constituent  Quarks  and  Mesons  

f0(500) f0(980) f0(1500)

a4(2040)

π2(1880)

2

2

Exzellenzcluster Universe

Constituent  Quarks  and  Mesons  

Limits for light mesons

f0(500) f0(980) f0(1500)

a4(2040)

π2(1880)

Exzellenzcluster Universe

Constituent  Quarks  and  Mesons  

Limits for light mesons

• many missing/disputed states in mass region

m ~ 2 GeV/c2

f0(500) f0(980) f0(1500)

a4(2040)

π2(1880)

Exzellenzcluster Universe

Constituent  Quarks  and  Mesons  

Limits for light mesons

• many missing/disputed states in mass region

m ~ 2 GeV/c2

• Identification of heavy states difficult

− broad states

− large number

− overlap + mixing

f0(500) f0(980) f0(1500)

a4(2040)

π2(1880)

Exzellenzcluster Universe

Kinematics  and  Isobarsgrid  of  t  used                                    Δm:  20  MeV/c2  

generic  process

what  we  are  after

exclusive  reaction

t ' = t − tmin ≈ t

m3π

t ' = t − tmin ≈ t

m3π

Exzellenzcluster Universe

Kinematics  and  Isobarsgrid  of  t  used                                    Δm:  20  MeV/c2  

t

m3π m3π

generic  process

what  we  are  after

exclusive  reaction

t ' = t − tmin ≈ t

m3π

t ' = t − tmin ≈ t

m3π

Exzellenzcluster Universe

Kinematics  and  Isobarsgrid  of  t  used                                    Δm:  20  MeV/c2  

t

m3π m3π

generic  process

what  we  are  after

exclusive  reaction

t ' = t − tmin ≈ t

m3π

t ' = t − tmin ≈ t

m3π

Exzellenzcluster Universe

Kinematics  and  Isobarsgrid  of  t  used                                    Δm:  20  MeV/c2  

t

m3π

t

generic  process

what  we  are  after

exclusive  reaction

t ' = t − tmin ≈ t

m3π

t ' = t − tmin ≈ t

m3π

Exzellenzcluster Universe

Kinematics  and  Isobarsgrid  of  t  used                                    Δm:  20  MeV/c2  

t

m3π

t

generic  process

what  we  are  after

exclusive  reaction

t ' = t − tmin ≈ t

m3π

t ' = t − tmin ≈ t

m3π

Exzellenzcluster Universe

Kinematics  and  Isobarsgrid  of  t  used                                    Δm:  20  MeV/c2  

t

m3π

t

generic  process

what  we  are  after

exclusive  reaction

t ' = t − tmin ≈ t

m3π

t ' = t − tmin ≈ t

m3π

Exzellenzcluster Universe

First  Impressions Motivation  for  Isobar  Model

m22π

)2c System (GeV/+π-π-πMass of the 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

)2 cN

umbe

r of E

vent

s / (

5 M

eV/

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

610× (COMPASS 2008) p+π-π-π → p-π

m22π

m2 2 π

m2 2 π

ρρ

f2(1270) Prelim

inary

Prelim

inary

Prelim

inary

Prelim

inary

f0(980)

isobar  model

Exzellenzcluster Universe

Partial  wave  analysis

What  is  PWA  ?  !Describe  population  in  5-­‐dimensional  phase  space  in  πππ  by  model  • Define  a  set  of  quantum  numbers  JPC    • Define  a  set  of  possible  decay  channels  for  each  JPC         (X- →  isobar  +  π;  isobar→ππ  )    :  wave  (88  waves  used)  

– each  such  “wave”  has  a  pre-­‐determined  population  in  phase  space  – each  wave  may  have  alignment  of  J  described  by  quantum  number  M  

• For  each  bin  of  20  MeV/c2  mass  of  πππ: determine  which  coherent  combination  of  waves  fits  distribution  best  

• Obtain  spin-­‐density  matrix  • Describe  spin  density  matrix  (submatrix)  by  model  containing  

resonances  and  non-­‐resonant  contributions  connecting  all  mass  bins  • Determine  resonance  parameters

step

 1step

 2

Exzellenzcluster Universe

Fit  Model  -­‐  Isobars

[ππ]S

Exzellenzcluster Universe

Major  wavesMajor  waves

mass  independent  fits  minimal  M  =  (0,1)  waves

)2c System (GeV/−π+π−πMass of 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

)2 cN

umbe

r of E

vent

s / (

20 M

eV/

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

610× Sπ(770) ρ +0++1−1

2c/2 1.000 GeV≤ t' ≤0.100 32.65%

(COMPASS 2008) p−π+π−π → p−π

Preliminary

)2c System (GeV/−π+π−πMass of 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

)2 cN

umbe

r of E

vent

s / (

20 M

eV/

0

10

20

30

40

50

310× Sπ(1270)

2f +1+−2−1

2c/2 1.000 GeV≤ t' ≤0.100 0.87%

(COMPASS 2008) p−π+π−π → p−π

Preliminary

)2c System (GeV/−π+π−πMass of 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

)2 cN

umbe

r of E

vent

s / (

20 M

eV/

0

5

10

15

20

25

30

310× Gπ(770) ρ +1++4−1

2c/2 1.000 GeV≤ t' ≤0.100 0.76%

(COMPASS 2008) p−π+π−π → p−π

Preliminary

)2 (GeV/c−)π(3m0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

)2in

tens

ity (p

er 4

0 M

eV/c

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

610× p)−)π(3→p−πCOMPASS 2008 ( Sπ(770) ρ +0++1

(scaled)+π−π−π, 0π0π−π2/c20.100 < t' < 1.000 GeV

(incoherent sum)

Preliminary

)2 (GeV/c−)π(3m0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

)2in

tens

ity (p

er 4

0 M

eV/c

0

0.5

1

1.5

2

610× p)−)π(3→p−πCOMPASS 2008 ( Dπ(770) ρ +1++2

(scaled)+π−π−π, 0π0π−π2/c20.100 < t' < 1.000 GeV

(incoherent sum)

Preliminary

)2 (GeV/c−)π(3m0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

)2in

tens

ity (p

er 4

0 M

eV/c

0

10

20

30

40

50

310× p)−)π(3→p−πCOMPASS 2008 ( Gπ(770) ρ +1++4 (scaled)+π−π−π, 0π0π−π

2/c20.100 < t' < 1.000 GeV(incoherent sum)

Preliminary

)2 (GeV/c−)π(3m0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

)2in

tens

ity (p

er 4

0 M

eV/c

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

610× p)−)π(3→p−πCOMPASS 2008 ( Sπ(1270) 2 f+0+−2

(scaled)+π−π−π, 0π0π−π2/c20.100 < t' < 1.000 GeV

(incoherent sum)

Preliminary

JPCM

JPCM ε isobar[ ]πL

1++M + ρ[ ]πS2++M + ρ[ ]πD2−+M + f2 (1270)[ ]πS4++M + ρ[ ]πG

1++M + f0 980( )%& '(πP0−+M + f0 980( )%& '(πS

Exzellenzcluster Universe

Major  wavesMajor  waves

mass  independent  fits  minimal  M  =  (0,1)  waves

)2 (GeV/c−)π(3m0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

)2in

tens

ity (p

er 4

0 M

eV/c

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

610× p)−)π(3→p−πCOMPASS 2008 ( Sπ(770) ρ +0++1

(scaled)+π−π−π, 0π0π−π2/c20.100 < t' < 1.000 GeV

(incoherent sum)

Preliminary

)2 (GeV/c−)π(3m0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

)2in

tens

ity (p

er 4

0 M

eV/c

0

0.5

1

1.5

2

610× p)−)π(3→p−πCOMPASS 2008 ( Dπ(770) ρ +1++2

(scaled)+π−π−π, 0π0π−π2/c20.100 < t' < 1.000 GeV

(incoherent sum)

Preliminary

)2 (GeV/c−)π(3m0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

)2in

tens

ity (p

er 4

0 M

eV/c

0

10

20

30

40

50

310× p)−)π(3→p−πCOMPASS 2008 ( Gπ(770) ρ +1++4 (scaled)+π−π−π, 0π0π−π

2/c20.100 < t' < 1.000 GeV(incoherent sum)

Preliminary

)2 (GeV/c−)π(3m0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

)2in

tens

ity (p

er 4

0 M

eV/c

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

610× p)−)π(3→p−πCOMPASS 2008 ( Sπ(1270) 2 f+0+−2

(scaled)+π−π−π, 0π0π−π2/c20.100 < t' < 1.000 GeV

(incoherent sum)

Preliminary

compare:  π−π+π− and  :  π−π0π0  

JPCM

JPCM ε isobar[ ]πL

1++M + ρ[ ]πS2++M + ρ[ ]πD2−+M + f2 (1270)[ ]πS4++M + ρ[ ]πG

1++M + f0 980( )%& '(πP0−+M + f0 980( )%& '(πS

Exzellenzcluster Universe

t  dependence  of  mass  distributions

)2c System (GeV/−π+π−πMass of 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

)2 cN

umbe

r of E

vent

s / (

20 M

eV/

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25610×

Sπ(770) ρ +0++1−12c/2 0.113 GeV≤ t' ≤0.100

40.45% (COMPASS 2008) p−π+π−π → p−π

Preliminary

)2c System (GeV/−π+π−πMass of 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

)2 cN

umbe

r of E

vent

s / (

20 M

eV/

0

10

20

30

40

50

310× Sπ(770) ρ +0++1−1

2c/2 0.724 GeV≤ t' ≤0.449 15.94%

(COMPASS 2008) p−π+π−π → p−π

Preliminary

)2c System (GeV/−π+π−πMass of 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

)2 cN

umbe

r of E

vent

s / (

20 M

eV/

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16610×

Dπ(770) ρ +1++2−12c/2 0.724 GeV≤ t' ≤0.449

17.28% (COMPASS 2008) p−π+π−π → p−π

Preliminary

)2c System (GeV/−π+π−πMass of 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

)2 cN

umbe

r of E

vent

s / (

20 M

eV/

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

310× Sπ(1270)

2f +0+−2−1

2c/2 0.724 GeV≤ t' ≤0.449 5.39%

(COMPASS 2008) p−π+π−π → p−π

Preliminary

)2c System (GeV/−π+π−πMass of 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

)2 cN

umbe

r of E

vent

s / (

20 M

eV/

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

310× Gπ(770) ρ +1++4−1

2c/2 0.724 GeV≤ t' ≤0.449 1.12%

(COMPASS 2008) p−π+π−π → p−π

Preliminary

)2c System (GeV/−π+π−πMass of 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

)2 cN

umbe

r of E

vent

s / (

20 M

eV/

0

10

20

30

40

50

310× Dπ(770) ρ +1++2−1

2c/2 0.113 GeV≤ t' ≤0.100 3.39%

(COMPASS 2008) p−π+π−π → p−π

Preliminary

)2c System (GeV/−π+π−πMass of 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

)2 cN

umbe

r of E

vent

s / (

20 M

eV/

0

10

20

30

40

50310×

Sπ(1270) 2

f +0+−2−12c/2 0.113 GeV≤ t' ≤0.100

6.46% (COMPASS 2008) p−π+π−π → p−π

Preliminary

)2c System (GeV/−π+π−πMass of 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

)2 cN

umbe

r of E

vent

s / (

20 M

eV/

00.20.40.60.8

1

1.21.41.61.8

2

2.22.4

310× Gπ(770) ρ +1++4−1

2c/2 0.113 GeV≤ t' ≤0.100 0.49%

(COMPASS 2008) p−π+π−π → p−π

Preliminary

high  t

low  t

1++0+ρπ S 2-­‐+0+  f2  π S 4++1+  ρπ G2++1+  ρπ D

Exzellenzcluster Universe

t  dependence  of  mass  distributions

)2c System (GeV/−π+π−πMass of 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

)2 cN

umbe

r of E

vent

s / (

20 M

eV/

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25610×

Sπ(770) ρ +0++1−12c/2 0.113 GeV≤ t' ≤0.100

40.45% (COMPASS 2008) p−π+π−π → p−π

Preliminary

)2c System (GeV/−π+π−πMass of 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

)2 cN

umbe

r of E

vent

s / (

20 M

eV/

0

10

20

30

40

50

310× Sπ(770) ρ +0++1−1

2c/2 0.724 GeV≤ t' ≤0.449 15.94%

(COMPASS 2008) p−π+π−π → p−π

Preliminary

)2c System (GeV/−π+π−πMass of 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

)2 cN

umbe

r of E

vent

s / (

20 M

eV/

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16610×

Dπ(770) ρ +1++2−12c/2 0.724 GeV≤ t' ≤0.449

17.28% (COMPASS 2008) p−π+π−π → p−π

Preliminary

)2c System (GeV/−π+π−πMass of 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

)2 cN

umbe

r of E

vent

s / (

20 M

eV/

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

310× Sπ(1270)

2f +0+−2−1

2c/2 0.724 GeV≤ t' ≤0.449 5.39%

(COMPASS 2008) p−π+π−π → p−π

Preliminary

)2c System (GeV/−π+π−πMass of 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

)2 cN

umbe

r of E

vent

s / (

20 M

eV/

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

310× Gπ(770) ρ +1++4−1

2c/2 0.724 GeV≤ t' ≤0.449 1.12%

(COMPASS 2008) p−π+π−π → p−π

Preliminary

)2c System (GeV/−π+π−πMass of 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

)2 cN

umbe

r of E

vent

s / (

20 M

eV/

0

10

20

30

40

50

310× Dπ(770) ρ +1++2−1

2c/2 0.113 GeV≤ t' ≤0.100 3.39%

(COMPASS 2008) p−π+π−π → p−π

Preliminary

)2c System (GeV/−π+π−πMass of 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

)2 cN

umbe

r of E

vent

s / (

20 M

eV/

0

10

20

30

40

50310×

Sπ(1270) 2

f +0+−2−12c/2 0.113 GeV≤ t' ≤0.100

6.46% (COMPASS 2008) p−π+π−π → p−π

Preliminary

)2c System (GeV/−π+π−πMass of 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

)2 cN

umbe

r of E

vent

s / (

20 M

eV/

00.20.40.60.8

1

1.21.41.61.8

2

2.22.4

310× Gπ(770) ρ +1++4−1

2c/2 0.113 GeV≤ t' ≤0.100 0.49%

(COMPASS 2008) p−π+π−π → p−π

Preliminary

high  t

low  t

1++0+ρπ S 2-­‐+0+  f2  π S 4++1+  ρπ G2++1+  ρπ D

)2 (GeV/c−)π(3m0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

)2in

tens

ity (p

er 4

0 M

eV/c

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

610× p)−)π(3→p−πCOMPASS 2008 ( Sπ(770) ρ +0++1

(scaled)+π−π−π, 0π0π−π2/c20.100 < t' < 0.116 GeV2/c20.100 < t' < 0.113 GeV

Preliminary

)2 (GeV/c−)π(3m0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

)2in

tens

ity (p

er 4

0 M

eV/c

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3610× p)−)π(3→p−πCOMPASS 2008 (

Sπ(770) ρ +0++1 (scaled)+π−π−π, 0π0π−π

2/c20.285 < t' < 0.395 GeV2/c20.262 < t' < 0.326 GeV

Preliminary

Exzellenzcluster Universe

More  exotic  families

f0(980)

Exzellenzcluster Universe

Waves  involving  f0(980)2-­‐+0+  f0(980)  π D0-­‐+0+  f0(980)  π S

π−π+π−

and

   π− π

0 π0  

1++0+  f0(980)  π P

Exzellenzcluster Universe

Waves  involving  f0(980)2-­‐+0+  f0(980)  π D0-­‐+0+  f0(980)  π S

)2 (GeV/c−)π(3m0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

)2in

tens

ity (p

er 4

0 M

eV/c

0

24

68

10

121416

1820

2224

310× p)−)π(3→p−πCOMPASS 2008 ( Pπ(980) 0 f+0++1

(scaled)+π−π−π, 0π0π−π2/c20.100 < t' < 1.000 GeV

(incoherent sum)

Preliminary

π−π+π−

and

   π− π

0 π0  

1++0+  f0(980)  π P

Exzellenzcluster Universe

)2 (GeV/c−)π(3m0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

)2in

tens

ity (p

er 4

0 M

eV/c

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

610× p)−)π(3→p−πCOMPASS 2008 ( Pπ S)ππ (+0++1

(scaled)+π−π−π, 0π0π−π2/c20.100 < t' < 1.000 GeV

(incoherent sum)

Preliminary

)2 (GeV/c−)π(3m0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

)2in

tens

ity (p

er 4

0 M

eV/c

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

610× p)−)π(3→p−πCOMPASS 2008 ( Sπ S)ππ (+0+−0

(scaled)+π−π−π, 0π0π−π2/c20.100 < t' < 1.000 GeV

(incoherent sum)

Preliminary

)2 (GeV/c−)π(3m0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

)2in

tens

ity (p

er 4

0 M

eV/c

0

20

40

60

80

310× p)−)π(3→p−πCOMPASS 2008 ( Dπ S)ππ (+0+−2

(scaled)+π−π−π, 0π0π−π2/c20.100 < t' < 1.000 GeV

(incoherent sum)

Preliminary

1++0+[ππ]S π  P 0-+0+[ππ]S π  S 2-+0+[ππ]S π  D

Waves  involving  [ππ]Sπ−π+π−

and

   π− π

0 π0  

Exzellenzcluster Universe

2-­‐+0+  f0(980)  π D0-­‐+0+  f0(980)  π S

)2 (GeV/c−)π(3m0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

)2in

tens

ity (p

er 4

0 M

eV/c

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

610× p)−)π(3→p−πCOMPASS 2008 ( Pπ S)ππ (+0++1

(scaled)+π−π−π, 0π0π−π2/c20.100 < t' < 1.000 GeV

(incoherent sum)

Preliminary

)2 (GeV/c−)π(3m0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

)2in

tens

ity (p

er 4

0 M

eV/c

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

610× p)−)π(3→p−πCOMPASS 2008 ( Sπ S)ππ (+0+−0

(scaled)+π−π−π, 0π0π−π2/c20.100 < t' < 1.000 GeV

(incoherent sum)

Preliminary

)2 (GeV/c−)π(3m0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

)2in

tens

ity (p

er 4

0 M

eV/c

0

20

40

60

80

310× p)−)π(3→p−πCOMPASS 2008 ( Dπ S)ππ (+0+−2

(scaled)+π−π−π, 0π0π−π2/c20.100 < t' < 1.000 GeV

(incoherent sum)

Preliminary

1++0+[ππ]S π  P 0-+0+[ππ]S π  S 2-+0+[ππ]S π  D

Waves  involving  [ππ]Sπ−π+π−

and

   π− π

0 π0  

1++0+  f0(980)  π P

Exzellenzcluster Universe

Model  for  Spin  Density  Matrix

Two  types  of  contributions

p

p

π-­‐ π+

π-­‐

ρ, σ

π-­‐

Resonance

   ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

p

nπ-­‐π+

p

pπ-­‐

   ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

π+

Deck

ρ, σ

π-­‐

π-­‐

Describe  the  results  obtained  independently  in  different  mass  bins  by  a  model  • select  physics  contributions  • fit  to  spin  density  matrix  (not  only  to  simple  mass  spectra)  

Exzellenzcluster Universe

Use  only  lowest  M = 0,1 waves  (so  far)  This  work:  6  waves    Model:               2  resonances  :  a

1(1260)  and  a

1´  +  non  resonant  term  

!             2  resonances  :  a

2(1320)  and  a

2´  +  non  resonant  term  

!             1  resonance      :  a

4(2040)  +  non  resonant  term  

            2  resonances  :  π2(1670)  and  π

2´  +  non  resonant  term  

!             1  resonance      :  a

1(1420)  +  non  resonant  term  

            1  resonance      :  π (1800)  +  non  resonant  term  !!

– 231  mass  distributions  with  23100  data  points    – 352  free  parameters  

!!

1++        0+ρ π S

2-­‐+        0+ f2 π S4++        1+  ρ π G2++        1+  ρ π D

1++        0+  f0(980) π P0-­‐+        0+  f0(980) π S

Mass-­‐dependent  fit

JPCMε[isobar]πL

Exzellenzcluster Universe

Mass  dependent  fits  a1(1420)    Fit  in  11  t-­‐bins

sum

t

t

Exzellenzcluster Universe

Mass  dependent  fits  a1(1420)    Fit  in  11  t-­‐bins

sum

t

t NEW

Exzellenzcluster Universe

Phase:  a1(1420)  Fit  in  11  t-­‐bins:  medium  t

a1’a1(1420)

a4π2

a2’

fit  range

Exzellenzcluster Universe

Phase:  a1(1420)  Fit  in  11  t-­‐bins:  medium  t

a1’a1(1420)

a4π2

a2’

fit  range

NEW

Exzellenzcluster Universe

COMPASS  “Holography”

Reference    waves

Interferometry

simultaneous  fit  in  11  t-­‐bins

tt

Exzellenzcluster Universe

COMPASS  “Holography”

Reference    waves

Interferometry

simultaneous  fit  in  11  t-­‐bins

tt

Exzellenzcluster Universe

COMPASS  “Holography”

Reference    waves

Interferometry

simultaneous  fit  in  11  t-­‐bins

tt

Exzellenzcluster Universe

COMPASS  “Holography”

Reference    waves

Interferometry

simultaneous  fit  in  11  t-­‐bins

tt

Exzellenzcluster Universe

Mass  dependent  fitsFit  in  11  t-­‐bins t

t

Strongly  t-­‐dependent  spectral  shape  around  a1(1260)

sum

JPCMε[isobar]πL

Exzellenzcluster Universe

Example  for  t-­‐dependence

t

JPCMε[isobar]πL

IntensitiesPhases

Reference  wave

a1(1260)       non-­‐resonant

πππ COMPASS  2008

Exzellenzcluster Universe

Mass  dependent  fitsFit  in  11  t-­‐bins t

t

Second  high-­‐mass  a1’  resonance  visible

sum

Exzellenzcluster Universe

Mass  dependent  fits  a2(1320)    t

t

Strongly  t-­‐dependent  interference  effects  high-­‐mass  a2’  

sum a2(1320)  a2’

Exzellenzcluster Universe

Some  Results    

truly new states

PDG

Exzellenzcluster Universe

Kinematic  Dependence

ACCMOR COMPASS

Very  Preli

minary

Global  and  mass-­‐dependent    t‘  slope  parameters  

Exzellenzcluster Universe

Kinematic  Dependence

)2 System (GeV/c+π -π -πMass of the 0.5 1 1.5 2 2.5

Rat

io

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2 p (COMPASS 2008)+π-π-π →p -π

Very  Preli

minary

COMPASS

Global  and  mass-­‐dependent    t‘  slope  parameters   Ratio  of  Integrals

Exzellenzcluster Universe

t‘ Dependence  (mass-­‐indep)

)2c/2 (GeVt'Squared Four-Momentum Transfer 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

)2 c/2N

umbe

r of E

vent

s / (

GeV

610

710

810 Sπ(770) ρ +0++1−1

2c 1.300 GeV/≤ π3m ≤1.100 2−)c 0.02) (GeV/± = (12.03 b

(COMPASS 2008) p−π+π−π → p−π

Preliminary

)2c/2 (GeVt'Squared Four-Momentum Transfer 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

)2 c/2N

umbe

r of E

vent

s / (

GeV

510

610

710

Sπ S

]ππ [+0+−0−12c 1.300 GeV/≤ π3m ≤1.100 2−)c 0.07) (GeV/± = (22.13 b

(COMPASS 2008) p−π+π−π → p−π

Preliminary

)2c/2 (GeVt'Squared Four-Momentum Transfer 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

)2 c/2N

umbe

r of E

vent

s / (

GeV

410

510

610

710 Sπ

S]ππ [+0+−0−1

2c 1.900 GeV/≤ π3m ≤1.700 2−)c 0.05) (GeV/± = (11.95 b

(COMPASS 2008) p−π+π−π → p−π

Preliminary

)2c/2 (GeVt'Squared Four-Momentum Transfer 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

)2 c/2N

umbe

r of E

vent

s / (

GeV

510

610

710 Sπ(770) ρ +1++1−1

2c 1.300 GeV/≤ π3m ≤1.100 2−)c 0.03) (GeV/± = (15.69 b

(COMPASS 2008) p−π+π−π → p−π

Preliminary

)2c/2 (GeVt'Squared Four-Momentum Transfer 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

)2 c/2N

umbe

r of E

vent

s / (

GeV

410

510

610 Pπ(980) 0f +0++1−1

2c 1.580 GeV/≤ π3m ≤1.380 2−)c 0.1) (GeV/± = (10.5 b

(COMPASS 2008) p−π+π−π → p−π

Preliminary

)2c/2 (GeVt'Squared Four-Momentum Transfer 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

)2 c/2N

umbe

r of E

vent

s / (

GeV

510

610

710

Sπ(1270) 2

f +0+−2−12c 1.760 GeV/≤ π3m ≤1.560

2−)c 0.03) (GeV/± = (9.84 b

(COMPASS 2008) p−π+π−π → p−π

Preliminary

around  a1(1260)

around  π(1300)

around  a1(1420)

around  a1(1260)

around  π(1800)

around  π2(1670)

m=0

m=1

Exzellenzcluster Universe

What  about  the  building  blocks

• We  have  solved  a  puzzle  –  but  were  the  building  blocks  correct  ?

ρσ

f0 f2

Deck

Exzellenzcluster Universe

What  about  the  building  blocks

• We  have  solved  a  puzzle  –  but  were  the  building  blocks  correct  ?

ρ

Deck σ

ρ

Deck

Exzellenzcluster Universe

New  Paths  to  Meson  Decays

• Select  JPC via  PWA  • For  each  JPC  and  mass-­‐bin  in  3π  :    

– determine  composition  and  shapes  of  2π  isobars  – complex  couplings  – non-­‐resonant  contributions  (via  t-­‐dependence)

p

p

π-­‐ π+

π-­‐

ρ, ρ3 , f0 , f2

π-­‐

Resonances

p

p

p

π-­‐π+

Deck

π-­‐

π-­‐ρ, ρ3 , f0 , f2

p

p

π-­‐

π-­‐ π+π-­‐

ρ, σ

ρ, σ

FSI

������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

Exzellenzcluster Universe

Isobars:  an  Example

use  BES  parametrization:  as  it  decays  into  ππ  and  KK  (threshold  effect)

f0(980) parametrization[ππ]S

Exzellenzcluster Universe

Isobars:  [ππ]*Sf0(980)continuum  -­‐  [ππ]S

fixed  functional  form  –  variable  intensity/phase  (2  parameters)

Exzellenzcluster Universe

Isobars:  [ππ]*Sf0(980)continuum  -­‐  [ππ]S

fixed  functional  form  –  variable  intensity/phase  (2  parameters)

Exzellenzcluster Universe

Isobars:  [ππ]*S

replaced  by  ONE  [ππ]*S  histogram  with  n-­‐bins  

Exzellenzcluster Universe

Isobars:  [ππ]*S

replaced  by  ONE  [ππ]*S  histogram  with  n-­‐bins  (2n  parameters  determined  by  fit)

Exzellenzcluster Universe

Isobars:  [ππ]*S

replaced  by  ONE  [ππ]*S  histogram  with  n-­‐bins  (2n  parameters  determined  by  fit)

3π:

at  π(1800)  0−+ → [ππ ]S

*πS

Exzellenzcluster Universe

Correlation:m2π(0++) vs m3π(J

PC)

low  t

high  t

3π: 0-+ 3π: 2-+ 3π: 1++

Exzellenzcluster Universe

Correlation:m2π(0++) vs m3π(J

PC)

low  t

high  t

3π: 0-+

3π: 0-+ 3π: 2-+

3π: 2-+ 3π: 1++

3π: 1++

Exzellenzcluster Universe

Correlation:m2π(0++) vs m3π(J

PC)

low  t

high  t

3π: 0-+

3π: 0-+ 3π: 2-+

3π: 2-+ 3π: 1++

3π: 1++

Exzellenzcluster Universe

For  more  Details  see Talk  of  Fabian  Krinner

Exzellenzcluster Universe

Spin  Exotic  1-­‐+

• Wave  is  dominated  by  Deck-­‐Background  • We  simulate  Deck  (ACCMOR  +  Modifications)  • Project  contributions  onto  COMPASS  wave  set  • Normalize  intensity  to  data  for  for  each  wave  and  sum  over  t‘    • Bench  mark  quality  on  waves  w/o  resonances  at  „low  mass“  • Test  on  exotic  wave

Exzellenzcluster Universe

Deck  and  Data6-­‐+ 4-­‐+

t‘

Exzellenzcluster Universe

Deck  and  Exotic  1-­‐+

Low  values  of  t‘  :  • Mostly  non-­‐resonant  production  • Good  description  by  Deck  mode  !

High  values  of  t‘  :  • Resonance  appears  • Resonance  dominates  our  highest  t‘    

t‘

Exzellenzcluster Universe

Phase  of  Exotic  wave  

• Clear  phase  variation  seen  • Variation  of  O(500) • Mild  variation  with  t´1++

(-­‐)1++

2++

4++

2-­‐+

Exzellenzcluster Universe

• What  about  previous  analysis  performed  by  BNL,  Dzerba  and  VES  ?  • We  have  used  their  wave-­‐set  and  their  range  of t´

VES

BNL  Dzierba

COMPASS  w

ith  „old“  wave  -­‐set

• Good  agreement  • Intensity  • Phases  

• Spurious  maximum                around  1.1  GeV/c2              universal

Consistency  with  previous  work

Exzellenzcluster Universe

Photo-­‐Production

Exzellenzcluster Universe

Radiative  Width

• Study  resonances  with  electromagnetic  probe  – similar  to  photo-­‐production  of  Δ+  off  protons  – radiative  transitions  of  charmonia  

• Use  π  as  “target”  excited  by  photon  beam  – π instable:  inverse  kinematics  – Coulomb  field  of  heavy  nucleus  acts  as  photon  target

u

Identify  photo-­‐production  via  spin  alignment  M = 1 at  low    t´ < 10-3 GeV2/c2

!σ Photo ≈ e

−bphotot´

σ diffract ≈ t 'M ⋅e−bdiff t´'

→ M = 1 is suppressed  in  diffraction

bphoto >> bdiffract

use  Pb-­‐target

Exzellenzcluster Universe

EM-­‐Transitions  for  Mesons

a2(1320)  

M2  transition

Exzellenzcluster Universe

EM-­‐Transitions  for  Mesons

a2(1320)   π2(1670)      

First  E2  transition  observed  for  mesonsM2  transition

Exzellenzcluster Universe

Conclusion

• Establish  new  “2D”  fit  method  to  perform  PWA  in  m3π  and  t    !

• Find  new  iso-­‐vector  state  a1(1420) – Ma1(1420)  =  1412-­‐1422  MeV/c2    ,  Γa1(1420)  =  130-­‐150  MeV/c2    – decay  into  f0(980)π  in  relative  P-­‐wave  – coupling  seems  exclusively  f0(980)π  

– Nature  of  a1(1420) ?    Isospin  partner  of  f1(1420) (considered  to  be  exotic)  ?  Dynamically  generated  through  a1(1260) ⟷ KK* ⟷ f0 (980)π  channel  ?    

Exzellenzcluster Universe

Conclusion

• Developed  new  method  to  establish  shape  of  isobar-­‐spectrum  – first  application:  [ππ]S*:    

• Shows  strong  dependence  on  m3π and  on  JPC of  mother  wave  – Reveals  information  on  scalar  isobars  (measure  phases  in  decays)  !

Open  Path  to  Dalitz-­‐plot  analysis  using  PWA    from  PWA  identified  states  

!Needs  high  statistics  !!

Exzellenzcluster Universe

Prospects• Mass  dependent  fits  to  25-­‐20  waves  simultaneously  (or  more)  

– Obtain  reliable  values  for  mass,  width,  branching  ratios  – Identify  nature  of  light  meson  spectrum  and  resolve  ambiguities  !

• Extend  de-­‐isobarred  analysis  to  (ππ)L=0,1,2

!• Simultaneous  physics  description  of  M2π ,  M3π ,  φ2π , t  

!• Joint  fits  for:  π−π+π− and    π−π0π0  (possibly  also  include  VES  data)  

!• Other  final  states 5π, πηη, KK(nπ)..

Exzellenzcluster Universe

Mass-­‐dependent  Fit

Will  soon  release  results  from  13-­‐wave  fit  !• Intense  systematic  studies  of  resonance    

parameters  • Publish  range  and  not  Gaussian  errors

Very  Preli

minary

Exzellenzcluster Universe

Mass-­‐dependent  Fit

Will  soon  release  results  from  13-­‐wave  fit  !• Intense  systematic  studies  of  resonance    

parameters  • Publish  range  and  not  Gaussian  errors

Very  Preli

minary

Exzellenzcluster Universe

Conclusion  II

• Study  of  a1(1260) – Observe  “various  components”  of  a1(1260)  with  different  t-­‐dependencies:    

• Sort  out  higher  excitations  of  a1 , a2

• Radial  excitation  of  π – π(1800) well  known:  COMPASS  observes  decay  into  f0(980)π  and  f0(1500)

• Orbital  excitation  of  π – π2 (1670) well  known:  COMPASS  observes  decay  into  f2(1270) π  

no  evidence  so  far  for  strong  coupling  into  [ππ]S*π  

– π2 (1880) :  Clear  signal  observed  in  f2π  and  f0π    • Radiative  decays:  

– First  observation  of  a  mesonic  E2  transition  :    π2(1670) → π γ  – Good    /  reasonable  agreement  with  calculations

top related