分析Belle實驗中純粹e^+ e^-→D^(*±) D^0 π^∓和e^+ e^-→D^(*+) D^(*-) π^∓過程

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研究生：	陳志瑋 Chih-Wei Chen
論文名稱：	分析Belle實驗中純粹e^+ e^-→D^(±) D^0 π^∓和e^+ e^-→D^(+) D^(*-) π^∓過程
指導教授：	陳鎰鋒 A. E, Chen
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	理學院 - 物理學系 Department of Physics
論文出版年：	2018
畢業學年度：	106
語文別：	中文
論文頁數：	68
中文關鍵詞：	燦粒子、三體生成
外文關鍵詞：	Charm meson, Three body production
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現今的高能物理分析中，時常需要利用到蒙地卡羅法的模擬，並與實驗數據做比較，藉此進一步了解其中的物理現象。現今常用蒙地卡羅方法採用兩種物理模型Pythia與Herwig(在KEK是使用的是Pythia )來預測粒子生成時的狀況。針對這粒子生成時的模型，在2006年K. Odagiri曾提出利用Perturbed QCD[1]的方式，得到可以與 Belle 的實驗數據大是相似但不一致的結果，這使我們想要了解真正粒子生成機制。
在我們的分析中，我們測量了純粹三體〖D^(*-) D^0 π^+〗_(.cc)與D^(*+) D^(*-) π^0的反應截面，分別為：σ_(〖D^(*-) D^0 π^+〗_(.cc) )=997.27±131.41(fb)、σ_(D^(*+) D^(*-) π^0 )=603.43±35.69(fb)；藉由比較純粹兩體與三體的反應截面發現，實驗數據比較接近Cluster model (Herwig)的描述，在我們的分析中發現，在質心座標中，π 介子比較傾向於與任意的一個D介子以相同方向前進，另外有許多的D^(*±)或〖D^0〗_(.cc)的事件是來自於高質量共振態的衰變，經過我們的估算發現這些二體共振態的反應截面與σ_DD的大小相近，測量Vector⁄Pseudoscalar的比例結果為0.605±0.087，考慮高質量共振態的影響，我們認為使用純粹多體的計算是比較理想的方法。

Nowadays, it’s common to simulate the experimental data by Monte Carlo method in analysis of high energy physics events, and in this way we hope to have deeper understanding of its physical meaning. There are two general accepted physics models in Monte Carlo simulation to predict particle generation, namely Pythia and Herwig (Pythia is adopted in our experiment). In 2006, K. Odagiri intended to examine which model can describe data of Belle experiment, but he ended with another Perturbed QCD[1] model which suited data best, and this is the reason why we want to know “Mechanism of particle generation”
In our analysis, we measured cross sections of pure three body 〖D^(*-) D^0 π^+〗_(.cc) and D^(*+) D^(*-) π^0 processes to be 997.27±131.41 (fb)-1 and 603.43±35.69 (fb)-1 respectively. By comparing cross sections from pure two body and three body, our data favors Cluster model’s (Herwig) simulation. Our analysis also indicates that pion usually moves forward together with D meson in center mass frame. There are many D^(*±) or 〖D^0〗_(.cc) come from from higher resonance decays, we estimate cross section of DD_H (D_H means P-wave D mesons), we find that cross section of σ_(DD_H ) is almost equal to σ_DD. Results of our analysis can lead to measurement of Vector⁄Pseudoscalar ratio to be 0.605±0.087 by comparing 〖D^(*-) D^0 π^+〗_(.cc) and D^(*+) D^(*-) π^0, which consists with exclusive two body DD results and disagrees with inclusive charm meson measurements partially due to its incorrect assumption of none higher mass resonances.

摘要    i
Abstract    ii
誌謝    iii
目錄    iv
圖目錄    vi
表目錄    ix
    簡介    1
    簡介KEK加速器與BELLE探測器    2
1.KEK加速器(KEKB)    2
2.Belle探測器    2
    Belle數據分析    4
1.Skim Belle Data篩選    4
2.〖D^(*-) D^0 π^+〗_(.cc)與D^(*+) D^(*-) π^0事件分析    5
2.1.軌跡的篩選與重建方式    5
2.2.PID(Particle Identification)    6
2.3.三體事件的重建與篩選方法    6
2.4.ΔE的定義與π^0的重建    9
2.5.X_p的定義與計算    10
3.〖D^(*+) D ̅^0 π^-〗_(.cc)資料分析    13
3.1.篩選純粹e^+ e^-→〖D^(*+) D ̅^0 π^-〗_(.cc)事件    13
3.2.純粹〖D^(*+) D ̅^0 π^+〗_(.cc)事件的X_p    15
3.3.〖D^(*+) D ̅^0 π^-〗_(.cc)三體反應中之共振態    16
4.D^(*+) D^(*-) π^0資料分析    21
4.1.篩選純粹e^+ e^-→D^(*+) D^(*-) π^0事件    21
4.2.純粹D^(*+) D^(*-) π^0事件的X_p    25
4.3.D^(*+) D^(*-) π^0反應中之共振態    26
5.資料分析總結    27
    Monte Carlo 與實驗數據之比較    28
1.〖D^(*+) D ̅^0 π^-〗_(.cc)模擬與數據比較    28
1.1.D^(*±)、〖D^0〗_(.cc)質量分布    29
1.2.純粹〖D^(*+) D ̅^0 π^-〗_(.cc)事件中X_p實驗數據與Monte Carlo 之比較    31
2.D^(*+) D^(*-) π^0模擬與數據比較    32
2.1.D^(*+)、D^(*-)與π^0質量分布    32
2.2.純粹D^(*+) D^(*-) π^0三體的篩選方式    35
2.3.純粹D^(*+) D^(*-) π^0中X_p實驗數據與Monte Carlo 之比較    35
3.Monte Carlo與實驗數據比較之總結    36
    反應截面計算(Cross Section)    38
1.反應截面定義與計算    38
1.1.探測器效率估計    38
1.2.反應截面定義    38
1.3.反應截面誤差估計    38
1.4.反應截面分析    39
2.探測器效率分析    39
2.1.純粹〖D^(*+) D ̅^0 π^-〗_(.cc)效率計算    39
2.2.純粹D^(*+) D^(*-) π^0效率計算    40
3.純粹三體反應截面分析    41
3.1.純粹〖D^(*-) D^0 π^+〗_(.cc)的反應截面分析    41
3.2.純粹D^(*+) D^(*-) π^0的反應截面分析    42
4.高質量共振態反應截面估計    43
5. 反應截面分析討論    45
5.1.純粹二體與三體反應截面比較    45
5.2.Vector與Pseudoscalar比較    46
5.3.純粹DD(2420⁄(2460⁄2750)) Form Factor    47
5.4.D介子質量譜(D meson mass spectra)    47
    結論與未來展望
1.結論    49
2.未來展望    49
附錄A Dalitz Plot計算    50
附錄B e^+ e^-→〖D^(*-) D^0 π^+ π^0〗_(.cc)    52
參考文獻    55

                                

[1]K. Odagiri,”Regge-cascade hadronization”, arXiv:hep-ph/0606315 v1, 30 Jun 2006
[2]K.A.Olive et al. (Particle Data Group), Chin. Phys. C, 38, 090001 (2004) and 2015 updata
[3] C. Patrignani et al. (Particle Data Group), Chin. Phys. C, 40, 100001 (2016) and 2017 update
[4] J.D. Jackson et al (LBNL) January 2000 and D.R. Tovey (Sheffield) June 2008 Revised http://pdg.lbl.gov/2017/reviews/rpp2017-rev-kinematics.pdf
[5]P.del Amo Sanchez, “Observation of new resinances decaying to Dπ and D^* π in inclusive e^+ e^- collisions near √s=10.58 GeV” PHYSICAL REVIEW D 82, 11101(R) (2010)
[6]Belle官方教學投影片：http://belle.kek.jp/group/software/misc_slides/belle_ana-080902.pdf
[7]T.Uglov, (Belle note) Measurement of e^+ e^-→D^((*)+) D^((*)-) cross-sections,14 Dec 2003
[8]R.A.Briere, et al(CLEO Collaboration) Measurements of Charm Fragnebtation into D_s^(*+) and D_s^+ in e^+ e^- Annihilations at √s=10.5GeV, April 27, 2000.
[9] https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c2/KEKB.png
[10] K. Abe, (CLOEO Collaboration ) “Study of B→D^(**0) π^- (D^(**0)→D^((*)+) π^- ) decays “ arXiv:hep-ex/0307021v1 9 Jul 2003

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