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Institut für Kernphysik
Vera Kleber 1Trento, 16.06.2005
Universität BonnPhysikalisches Institut
a0(980) – f0(980) Mixing
Vera Kleber
Physikalisches InstitutUniversität Bonn
Institut für KernphysikForschungszentrum Jülich
Institut für Kernphysik
Vera Kleber 2Trento, 16.06.2005
Universität BonnPhysikalisches Institut
Outline
Introduction
Properties of a0(980)/f0(980)
Experiments with a0(980)/f0(980)
a0(980)-f0(980) Mixing
Program at COSY
Outlook
Institut für Kernphysik
Vera Kleber 3Trento, 16.06.2005
Universität BonnPhysikalisches Institut
S
I
1
-1 1
-1
The Pseudo Scalar Resonances
K+
K- K0
K0
- 0 +
Nonet of pseudo scalar mesons JP=0-
Institut für Kernphysik
Vera Kleber 4Trento, 16.06.2005
Universität BonnPhysikalisches Institut
S
I
1
-1 1
-1
The Light Scalar Resonances
f0(500) (““)(800)f0(980)a0(980)f0(1370)
K0*(1430)a0(1450)f0(1500)f0(1710)
Possible candidatesNonet of light scalar mesons JP=0+
K0+*(?)
K0-*(?) K0
*(?)
K0*(?)
a0-(?) a0
0(?) f0(?) a0+(?)
f0(?)
PDG, S. Eidelman et al., Phys. Lett. B 592, 1 (2004)
Institut für Kernphysik
Vera Kleber 5Trento, 16.06.2005
Universität BonnPhysikalisches Institut
a0(980)/f0(980) Nature
What is their nature?
qq stateor
4 quark state or
KK molecule
A.V. Anisovich et al., Eur. Phys. J A 12 (2001) 103D. Morgan, M.R. Pennington, Phys. Rev. D 48 (1993) 1185
N.N. Achasov et al., hep-ph/0201299R.J. Jaffe, Phys. Rev. D 15 (1977) 267
J.A. Oller, E. Oset, Nucl. Phys. A 620, (1997), 438G. Janssen et al., Phys. Rev. D 52 (1995) 2690J. Weinstein, N. Isgur, Phys. Rev. D 41 (1990), 2236
Institut für Kernphysik
Vera Kleber 6Trento, 16.06.2005
Universität BonnPhysikalisches Institut
The a0(980) Resonance
a0(980)
IG(JPC) 1-0++
Mass 984.7 ± 1.2[MeV]
Width 50 – 100 [MeV]
Decaysdominant seen KK seen
PDG, S. Eidelman et al., Phys. Lett. B 592, 1 (2004)
Institut für Kernphysik
Vera Kleber 7Trento, 16.06.2005
Universität BonnPhysikalisches Institut
The f0(980) Resonance
f0(980)
IG(JPC) 0+0++
Mass 980 ± 10[MeV]
Width 40 – 100 [MeV]
Decaysdominant seen KK seen
PDG, S. Eidelman et al., Phys. Lett. B 592, 1 (2004)
Institut für Kernphysik
Vera Kleber 8Trento, 16.06.2005
Universität BonnPhysikalisches Institut
The a0(980) and f0(980) Resonance
E. Bratkovskaya et al., J. Phys. G 28 (2002) 2423
d
dM
√(0)Mr
Mr2-M2-iMrKK
= C
gq
ig√(K2 – (M/2)2)
g√((M/2)2 - K2)
below threshold:
above threshold:
2
Institut für Kernphysik
Vera Kleber 9Trento, 16.06.2005
Universität BonnPhysikalisches Institut
Experiments: Inclusive pp→ d X+ Data
M.A. Abolins et al., PRL 25 (1970) 469
pp = 3.8, 4.5, 6.3 GeV/c
p p → d X+
LBL
Institut für Kernphysik
Vera Kleber 10Trento, 16.06.2005
Universität BonnPhysikalisches Institut
Experiments: Radiative -Decays
KLOE @ DANE
75
50
25
0
dB
R/d
m x
10
8 (
MeV
-1)
400 600m() (MeV)
1000800
e+e- → →
A. Aloisio et al., Phys. Lett. B 537 (2002) 21
→ (f0(980) + )
→ f0(980)
→ Interf.
Institut für Kernphysik
Vera Kleber 11Trento, 16.06.2005
Universität BonnPhysikalisches Institut
Experiments: f1(1285) Decays
L3 @ LEP
e+e- → e+e- → e+e-f1(1285) → e+e- → e+e-
L3 Collaboration, Phys. Lett. B 526 (2002) 269
BW-FitM=98546=50134
a0(980)f1(1285)
Institut für Kernphysik
Vera Kleber 12Trento, 16.06.2005
Universität BonnPhysikalisches Institut
021.510.5 1 1.2 1.4
m2(KL+/KL-) / GeV2 m2(KLK+/KLK-) / GeV2
Experiments: pp annihilation
Crystal Barrel @ LEAR
pp → KLK+/--/+
a0(1450)
KLK+/-
a0(980)
a0(1320)
a0(1450)
A. Abele et al., Phys. Rev. D 57 (1998) 3860
en
trie
s /
0.0
18
6 G
eV
2/c
2
K*(892)
a0(980)
a0(1320)
200
400
600
theoretical Dalitz Plot(from bestfit of PWA)
Flatté
m=9823
=928
g1=324 15
g2/g1=1.01
m2(K
+-
/K-
+)
/ G
eV
2
2
1.5
1
0.5
1.6
Institut für Kernphysik
Vera Kleber 13Trento, 16.06.2005
Universität BonnPhysikalisches Institut
Experiments: J/Ψ Decays
BES @ BEPCe+e- → J/Ψ → e+e- → J/Ψ → K+K-
M. Ablikim et al., hep-ex/0411001
f0(980) f2(1270)/f0(1370) f0(980)
f‘2(1525)
Flatté
m=96586
g1=1651015
g2/g1=4.21
0.25 0.21
Institut für Kernphysik
Vera Kleber 14Trento, 16.06.2005
Universität BonnPhysikalisches Institut
a0(980)/f0(980) Nature
What is their nature?
qq stateor
4 quark state or
KK molecule
Which observable to measure at COSY?
→ a0(980) - f0(980) mixing amplitude
M g gK R
1001
0.218 0.224
1.03
999 0.445 0.516
1.16
999 0.215 0.222
1.03
995 0.389 1.414
3.63
985 0.376 0.412
1.1
1003
0.476 0.834
1.75
992 0.453 0.56 1.24
M g gK R
970 0.417 2.51 6.02
975 0.317 1.51 4.76
973 0.538 2.84 5.28
977 0.09 0.02 0.22
- 0.19 0.40 2.11
957 0.09 0.97 10.78
g=g2/8m2 R=gKK
2/g2
a0(980)
V. Baru et al., nucl-th/0410099
g=g2/8m2 R=gKK
2/g2
f0(980)
V. Baru et al., nucl-th/0410099
Institut für Kernphysik
Vera Kleber 15Trento, 16.06.2005
Universität BonnPhysikalisches Institut
a0(980)-f0(980) Mixing
• idea similar to dd 0 experiment @IUCF
• search for a reaction forbidden due to isospin conservation:
dd a00(980) ( 0)
• allowed due to isospin conservation:
dd f0(980) ( )
• a0(980)-f0(980) mixing:
dd f0(980) a00(980) 0
Institut für Kernphysik
Vera Kleber 16Trento, 16.06.2005
Universität BonnPhysikalisches Institut
a0(980)-f0(980) Mixing
• pilot measurement at ANKE:
our estimate: (dd f0(980) K+K–) ~ 400 pb
• strength of a0(980)-f0(980) mixing unknown
• isospin violating reaction at WASA:
our estimate: (dd a0
0(980)) ~ (50 ... 200) pb
Close & Kirk: mixing intensity = 8±3%
but critizised by Achasov & Kiselev, Oller
Institut für Kernphysik
Vera Kleber 17Trento, 16.06.2005
Universität BonnPhysikalisches Institut
dd 0 vs. dd (0)
CSB inpropagationof a0/f0
productionor 0/
d d
0
d d
0
<<d d
a0
d d
f0
a0
Details: C.Hanhart, nucl-th/0306073
20Production
PropagationCSB a0/f0
mN( )≈ ( )≈
-mNma0/f0
11t ≈~
ma0/f0a0/f0
1~
Institut für Kernphysik
Vera Kleber 18Trento, 16.06.2005
Universität BonnPhysikalisches Institut
a0(980) - f0(980) Mixing-Amplitude
N.N. Achasov et al., Phys. Lett. B 88, 367 (1979)
d/dm ~ |(m)|2 * |A|2
Isospin violation reaction: dd → f0→a0→
~ i gf0KK ga0KK √s(pK –pK)
→ kaonic contribution
additional measurement:
dd → K+K-
mK02 – mK+
2
mK02 + mK+
2
md – mu
(md + mu)/2+ ms
~ √( ) = √( )f0 a0
K0
K0f0 a0
K–
K+
+ others- =
m
Institut für Kernphysik
Vera Kleber 19Trento, 16.06.2005
Universität BonnPhysikalisches Institut
Forschungszentrum Jülich
Aachen Köln
Bonn
~ 30 km~ 50 km
~ 70 km
Institut für Kernphysik
Vera Kleber 20Trento, 16.06.2005
Universität BonnPhysikalisches Institut
COSY Jülich
Meson Production
pp → pp X m(X) < 1.1 GeV/c2
pp → d X
dd → X
Institut für Kernphysik
Vera Kleber 21Trento, 16.06.2005
Universität BonnPhysikalisches Institut
COSY Jülich
Meson Production
pp → pp X m(X) < 1.1 GeV/c2
pp → d X
dd → X
Isospin I(I3)
1(½,½) → 1(½,½,0)
1(½,½) → 1(0,1)
0(0,0) → 0(0,0)
Institut für Kernphysik
Vera Kleber 22Trento, 16.06.2005
Universität BonnPhysikalisches Institut
a0(980) Production near Threshold
ANKE
pp → da0+(980) → dK+K0
→ dTp =
2.65 GeV
QKK = 48 MeV
Tp = 2.83 GeV
QKK = 105 MeV
Institut für Kernphysik
Vera Kleber 23Trento, 16.06.2005
Universität BonnPhysikalisches Institut
Identification of pp d
P. Fedorets et al., accepted by Yad. Fiz. (Phys. At. Nucl.)
Institut für Kernphysik
Vera Kleber 24Trento, 16.06.2005
Universität BonnPhysikalisches Institut
Branching Ratio a0+ → (K+K0) / (π+η)
model dependent
BR = (2.9 ± 0.8stat ± 0.9sys) %
BR = (23 ± 5) %
A. Abele et al., Phys. Rev. D 57, 3860 (1998)
Rati
o
10-1
10-2
Q [GeV]0 0.1 0.2 0.3
ANKETp = 2.65 GeVQ = 48 MeV
P. Fedorets et al., accepted by Yad. Fiz. (Phys. At. Nucl.)
Institut für Kernphysik
Vera Kleber 25Trento, 16.06.2005
Universität BonnPhysikalisches Institut
Identification of pp dK+K0
Institut für Kernphysik
Vera Kleber 26Trento, 16.06.2005
Universität BonnPhysikalisches Institut
Differential Distributions for pp dK+K0
V.Kleber et al., Phys. Rev. Lett. 17, 172304
T =2.65 GeV (Q =48 MeV) tot(pp → dK+K0) = (38 ± 2stat ± 14sys) nb
→ 83% a+0
channel
Fit:Fit:[(KK)P d]S + [(KK)S d]P
Institut für Kernphysik
Vera Kleber 27Trento, 16.06.2005
Universität BonnPhysikalisches Institut
pp dK+K0 at Higher Energy
T =2.83 GeV (Q =105 MeV)preliminary
black:best fit (in acc.)green:initial distrib.red:KK s-wave contrib.blue:KK p-wave distrib.
cos (pK+)
ndf2
= 2.5
→ 85% a+0
channel
Institut für Kernphysik
Vera Kleber 28Trento, 16.06.2005
Universität BonnPhysikalisches Institut
Outlook
dd K+K- @ ANKE
• reaction serves as isospin I=0 filter
• isospin conservation: f0
dd → π0η @ WASA
Planned measurements:
• forbidden if isospin is conserved
• mixing f0 a0
Goals:• dσ/dm (dd → απ0η ) dσ/dm (dd → αK+K-)
→ |mixing amplitude|2
Goals:• cross section (dσ/dm)
Institut für Kernphysik
Vera Kleber 29Trento, 16.06.2005
Universität BonnPhysikalisches Institut
… What You Should Have Learned …
Introduction
Properties
Experiments
a0-f0 Mixing
Program at COSY
Outlook
→ internal structure unknown
→ from mass distributions: 2 out of 3 unknowns (M and g2
2/g12 )
→ contains information on internal structure
→ another reaction to study CSB
}
}