name: Изучение боттомониеподобных состояний в эксперименте Belle
keyword_list: е+е- аннигиляция тяжелый кварконий четырехкварковые состояния боттомоний
abstract: Диссертация посвящена поиску и изучению боттомониеподобных состо­яний в процессах e+e- аннигиляции. Представленные в диссертации исследования выполнены с использова­нием данных, полученных в эксперименте Belle в период с 1999 по 2010 год на асимметричном e+e- коллайдере КЕКВ в области энергий в си­стеме центра масс от 9.46 ГэВ до 11.02 ГэВ. Эксперимент проводился в Национальном центре по физике высоких энергий КЕК, расположенном в г. Цукуба, Япония.
  
  Актуальность темы: 
  Спектроскопия тяжелых адронов является уникальной лабораторией для изучения сильного взаимодействия в непер­турбативном режиме. В настоящее время основными инструментами для описания подобных систем являются эффективные теории и феноменоло­гические модели. Однако надежность вычислений на решетках постоянно улучшается, и ожидается, что в конечном итоге это позволит описать ад­ронные системы, исходя из первых принципов. 
  
  В кварковой модели адронные состояния рассматриваются как бесцвет­ные связанные состояния конституэнтных кварков. При этом мезонные состояния являются комбинациями пары кварка и антикварка (q1 анти-q2 ), а ба­рионы - трех кварков (q1q2q3 ). Несмотря на успех такого «минимального» подхода к классификации наблюдаемых адронов, активно ведется поиск других возможных «экзотических» состояний, таких как гибриды q1 анти-q2 g, глюболы gg, а также многокварковые системы – тетракварки  q1q2 анти-q3 анти-q4 и пентакварки q1q2q3 анти-q4 анти-q5. 
  
  Целью данной работы является поиск и изучение кваркониеподобных состояний, в состав которых входят тяжелые кварки b и  анти-b, массы которых находятся вблизи порогов рождения пар тяжелых мезонов.
  Для достижения поставленной цели необходимо было решить следую­щие задачи:
  1. Разработать процедуру амплитудного анализа в многомерном фазо­вом пространстве.
  2. Вычислить матричные элементы трехчастичных процессов e+e- =>Υ(nS)pi+pi-, Υ(nS) => mu+ mu- (n = 1,2,3) в квазидвухчастичном
  приближении для набора промежуточных резонансов с различными комбинациями спина и четности.  
  3. Разработать методику регистрации процессов e+e-=>B(*) анти-B(*)pi с частичным восстановлением конечного состояния.
  4. Разработать критерии эффективного выделения сигнальных событийи определить доминирующие фоновые процессы, используя модели­рование методом Монте-Карло.
  5. Провести анализ экспериментальных данных.
  6. Предложить физическую модель, объясняющую полученные резуль­таты.
  
  Научная новизна: 
  Впервые проведен амплитудный анализ процес­сов e+e- аннигиляции в трехчастичные конечные состояния Υ(nS)pi+pi-    и B(*)анти-B(*)pi, в результате чего впервые обнаружены два изотриплета экзотических боттомониеподобных состояний Zb(10610) и Zb(10650). Из­мерены их массы, ширины, а также значения квантовых чисел спина и пространственной четности. Предложена молекулярная модель описания структуры обнаруженных резонансов.
  
  Достоверность полученных результатов подтверждается их пред­ставлением на основных российских и международных конференциях по физике высоких энергий и публикациями в ведущих реферируемых тема­тических изданиях.
  
  Личный вклад:
  Автор принимал активное участие в создании одной из основных систем де­тектора Belle – электромагнитного калориметра. Участвовал в измерениях основных параметров калориметра с прототипом, в процессе производ­ства элементов  электромагнитного калориметра детектора Belle на основе кристаллов CsI(Tl), в поддержании работоспособности калориметра на всем протяжении набора данных эксперимента Belle/KEKB. Автор лич­но участвовал в наборе экспериментальной статистики и проводил полный анализ полученных данных, включая разработку методики, проведение ма­тематического моделирования, определение критериев отбора сигнальных событий, а также анализ фоновых процессов и систематических неопре­деленностей.
  
  
  Основные результа­ты диссертации:
  
  1. Измерены сечения трехчастичных процессов. Отношения сечений согласуются с величиной 2, ожидаемой из изо­ спиновой симметрии.
  
  2. Впервые проведен полный амплитудный анализ трехчастичных про­цессов e+e - => Υ(nS) pi+ pi- , n = 1,2,3. Продемонстрирован доми­нирующий вклад S-волновой амплитуды в системе pi+pi-. Впервые наблюдался процесс e+e- => Υ(1S)f0(980), и измерена его относи­тельная вероятность.
  
  3. Впервые наблюдались заряженные боттомониеподобные состояния Zb(10610)  и  Zb(10650)  в процессах e+e- => Zb π => Υ(nS)pi+pi− , n = 1,2,3. Измерены их массы, ширины, относительные амплитуды и фазы.
  
  4. Показано, что наилучшее согласие с экспериментальными данными наблюдается в предположении, что квантовые числа обоих Zb состо­яний равны JP = 1+ . Альтернативные гипотезы с J < 3 отклонены со статистической значимостью, превышающей 6sigma.
  
  5. Из анализа процессов e+e- => Υ(nS) pi0 pi0 получено указание на суще­ствование нейтральных партнеров Zb (10610)0  и Zb (10650)0. Статисти­ческая значимость сигнала Zb(10610)0 составляет 6.3sigma. Измеренное значение массы: M[Zb(10610)0)] = (10609 +- 4 +- 4) ГэВ/c 2 , что согла­суется со значением массы для Zb(10610)+ .
  
  6. Разработана методика частичного восстановления сигнала от трех­частичных процессов e+e- => B(*)B(*)pi с регистрацией pi-мезона и только одного из B-мезонов, позволяющая полностью восстановить кинематику конечных частиц при существенном увеличении эффек­тивности.
  
  7. Впервые выполнено измерение сечений трехчастичных процессов e+e- => B* B* pi  и  e+e- => B B* pi со статистической точностью, превы­шающей 5σ, а на величину сечения e+e- => B B pi поставлен верхний предел.
  
  8. Впервые проведен анализ динамики трехчастичных процессов e+e− => B(*) B(*) pi. 
  
  9. Подтверждены некоторые следствия модели, описывающей состоя­ния Zb(10610) и Zb(10650) как молекулярные структуры, состоящие соответственно из пары анти-B B*  и  анти-B* B* мезонов. В частности, показа­но, что доминирующими каналами распада являются Zb(10610) => (антиB B* + B анти-B*) и Zb(10650) => анти-B* B*.
  
  10. В предположении, что наблюдаемые каналы распада состояний Zb составляют полный список всех возможных распадов, вычислена таб­лица вероятностей распадов.
  
  
  Публикации по теме диссертации:
  1. A. Garmash, K. Abe, K. Abe et al. (Belle Collaboration), “Dalitz analysis of the three-body charmless decays B + → K + π + π − and B + → K + K + K − ” // Phys. Rev. D – 2005 – Vol. 71, p. 092003.
  
  2. A.E. Bondar, A. Garmash, A.I. Milstein, R. Mizuk, and M.B. Voloshin “Heavy quark spin structure in Z b resonances” // Phys. Rev. D – 2011– Vol. 84, p. 054010.
  
  3. I. Adachi, H. Aihara ..., A. Garmash et al. (Belle collaboration), “First Observation of the P -Wave Spin-Singlet Bottomonium States h b (1P ) and h b (2P )” // Phys. Rev. Lett. – 2012 – Vol. 108, p. 032001.
  
  4. R. Mizuk, D.M. Asner, A. Bondar, ..., A. Garmash et al. (Belle collaboration), “Evidence for the η b (2S) and Observation of h b (1P ) → η b (1S)γ and h b (2P ) → η b (1S)γ” Phys. Rev. Lett. – 2012 – Vol. 109, 232002.
  
  5. A. Bondar, A. Garmash, R. Mizuk et al. (Belle Collaboration), “Observation of Two Charged Bottomoniumlike Resonances in Υ(5S) Decays” // Phys. Rev. Lett. – 2012 – Vol. 108, p. 122001.
  
  6. P. Krokovny, A. Bondar, ..., A. Garmash et al. (Belle Collaboration), “First observation of the Z b 0 (10610) in a Dalitz analysis of Υ(10860) → Υ(nS)π 0 π 0 ” // Phys. Rev. D – 2013 – Vol. 88, p. 052016.
  
  7. A. Garmash, A. Bondar, A. Kuzmin et al.  (Belle Collaboration), “Amplitude analysis of e + e − → Υ(nS)π + π − at s = 10.866 GeV” // Phys. Rev. D – 2015 – Vol. 91, p. 072003.
  
  8. A. Garmash, A. Abdesselam, I. Adachi et al. (Belle Collaboration), “Observation of Z b (10610) and Z b (10650) Decaying to B Mesons” // Phys. Rev. Lett. – 2016 – Vol. 116, p. 212001.
  
  9. D. Santel, K. Kinoshita, ..., A. Garmash et al. (Belle Collaboration), “Measurements of the Υ(10860) and Υ(11020) resonances via σ(e + e − → Υ(nS)π + π − )” // Phys. Rev. D – 2016 – Vol. 93, p. 011101(R).
  
  10. R. Mizuk, A. Bondar, ..., A.Garmash et al. (Belle Collaboration), “Energy scan of the e + e − → h b (nP )π + π − (n = 1,2) cross sections and evidence for Υ(11020) decays into charged bottomonium-like states” // Phys. Rev. Lett. – 2016 – Vol. 117, p. 142001.
  
  11. J. Yin, C.Z. Yuan, ..., A. Garmash et al. (Belle Collaboration), “Observation of  e e → π π π χ b1,2 (1P ) and search for e e → φχ b1,2 (1P ) at s = 10.96 − 11.05 GeV” // Phys. Rev. D – 2018 – Vol. 98, p. 091102.
  
  12. R. Mizuk, A. Bondar, ..., A. Garmash et al. (BELLE collaboration), “Observation of a new structure near 10.75 GeV in the energy dependence of the e + e − → Υ(nS)π + π − (n = 1,2,3) cross sections” // JHEP – 2019 – Vol. 2019, p. 220.
  
  13. R. Mizuk, A. Bondar, ..., A. Garmash et al. (Belle Collaboration),  “Measurement of the energy dependence of the e + e − →  BB,  BB* and  B*B*  exclusive cross sections” // JHEP – 2021 – Vol. 2021, p. 137.
chairman_dissertation_council.name: Александр
chairman_dissertation_council.surname: Скринский
chairman_dissertation_council.patronymic: Николаевич
chairman_dissertation_council.position: научный руководитель Института
chairman_dissertation_council.degree: Доктор физико-математических наук
chairman_dissertation_council.rank: Академик
chairman_dissertation_council.wos_research_id: нет
chairman_dissertation_council.scopus_author_id: 56216533400
chairman_dissertation_council.rinc_id: 21785
chairman_dissertation_council.territory: РОССИЯ
organization_supervisor.name: Алексей
organization_supervisor.surname: Резниченко
organization_supervisor.patronymic: Викторович
organization_supervisor.position: учёный секретарь ИЯФ
organization_supervisor.territory: РОССИЯ
rubrics.code: 29.05.15
rubrics.name: Квантовая механика
rubrics.code: 29.05.27
rubrics.name: Свойства стабильных частиц. Фундаментальные законы сохранения
rubrics.code: 29.05.29
rubrics.name: Сильное взаимодействие
oecds.code: 01.03.UP
oecds.name: PHYSICS, PARTICLES & FIELDS
speciality_codes.name: Физика атомного ядра и элементарных частиц
speciality_codes.code: 01.04.16
supervisors.fio: Бондарь А.Е.
supervisors.scientific_degree: Доктор физико-математических наук
supervisors.speciality_code: Физика атомного ядра и элементарных частиц
supervisors.responsible_type: Научный руководитель
opponents.fio: Зайцев А.М.
opponents.scientific_degree: Доктор физико-математических наук
opponents.speciality_code: Приборы и методы экспериментальной физики
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Шматов С.В.
opponents.scientific_degree: Доктор физико-математических наук
opponents.speciality_code: Физика атомного ядра и элементарных частиц
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Нефедьев А.В.
opponents.scientific_degree: Доктор физико-математических наук
opponents.speciality_code: Теоретическая физика
opponents.responsible_type: Оппонент
protection_organization.short_name: ИЯФ СО РАН
protection_organization.name: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук
protection_organization.ogrn: 1025403658136
protection_organization.organization_type: Организация
protection_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
protection_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения
author_organization.short_name: ИЯФ СО РАН
author_organization.name: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук
author_organization.ogrn: 1025403658136
author_organization.organization_type: Организация
author_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
author_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения