Study of the weak decay Λc ➔ Σππ at Belle

Abstract

as leichteste Charm Baryon Lambda_c spielt eine herausragende Rolle, sowohl in der Studie der starken als auch der schwachen Wechselwirkung. Obwohl seine Entdeckung bereits 40 Jahre zurück liegt sind noch nicht alle Zerfallskanäle gemessen. Während die +c++ und +c0+0 Moden bereits von BESIII und CLEO untersucht wurden, fehlt +c+00 noch um alle Isospin Kombinationen zu erfassen. Des Weiteren wurde der schwache Zerfall c als eine mögliche Option zur Bestimmung der Streulängen vorgeschlagen, welche eine essentielle Information zum Verständnis des anti-KN Potentials unter der anti-KN Massen Schwelle sind. Dieses Potential wiederum ist die führende Unsicherheit für die theoretische Beschreibung von gebundenen Kaon-Nukleon Systemen, essentielle Werkzeuge in der Studie der starken Wechselwirkung. Die Zerfallsmoden weisen darüber hinausgehend auch eine reiche Resonanzstruktur auf, einschließlich (1405) and (1670), zwei Resonanzen von lang anhaltendem Interesse. Diese Arbeit beschreibt die Studie dreier c Ladungskombinationen, beginnend mit der Optimierung der Selektionskriterien mittels auf Monte Carlo Datensätzen trainierter Machine Learning Classifier. Ein Modell unabhängiger Ansatz um die Detektoreffizienz korrigierte Ausbeute zu bestimmen wird vorgestellt und die Verzweigungsverhältnisse der Zerfälle +c++, +c0+0 und+c+00 relativ zu dem Referenzkanal +cpK+ werden zuB(+c++)/B(+cpK+) = 0.7190.0030.024,B(+c0+0)/B(+cpK+) = 0.5750.0050.036 undB(+c+00)/B(+cpK+) =0.2470.0060.019 bestimmt. Die Fehler sind respektive, statistisch und sytematisch. Die Resultate werden mit Vorhersagen, basierend auf einem statistischen Isospin Modell, verglichen, und eine gute Übereinstimmung wird festgestellt. Ein Überblick der beobachteten Resonanzstruktur, mit besonderer Betonung auf das invariante Massenspektrum wird gegeben und die Extraktion der Streulängen wird diskutiert. Abschließend wird auf die Perspekive die Streulängen an zukünftigen Teilchenbeschleunigern mit höherer Luminosität weiter zu beschränken eingegangen. Diese Analyse basiert auf dem vollen Datensatz, gesammelt auf und nahe der (4S) Resonanz mittels des Belle Detektors auf dem KEKB asymmetrischen e+e Teilchenbeschleuniger, equivalent zu einer integrierten Luminosität von 711 fb1.

The lightest charmed baryon Lambda_c plays an outstanding role in the study of both strong and weak interactions, yet, despite its discovery going back about 40 years now, its decays are still not fully mapped. While the +c++ and +c0+0 modes have been studied previously by BESIII and by CLEO, respectively, +c+00 is still missing to account for all Sigmapipi isospin combinations. Furthermore, the weak decay of c has been proposed as a way to extract scattering lengths, an important piece of information for the theoretical description of the sub-threshold anti-KN potential. This potential is the leading source of uncertainty for model descriptions of kaon-nucleon bound states, which, in turn, serve as an essential tool to probe the strong interaction. These decay modes also exhibit a rich resonant structure, including resonances of longstanding interest like (1405) and (1670). This work details the study of threec decay modes into charge combinations and the reference channel, starting with the optimization of the selection criteria using machine learning classifiers trained on Monte Carlo samples. A model independent approach to extract detector efficiency-corrected signal yields is introduced and branching fractions of the decays +c++,+c0+0 and +c+00 relative to the reference channel +cpK+are measured toB(+c++)/B(+cpK+) = 0.7190.0030.024,B(+c0+0)/B(+cpK+) = 0.5750.0050.036 and B(+c+00)/B(+cpK+) = 0.2470.0060.019 with the statistical and systematic uncertainties, respectively. The results are compared with predictions, based on a statistical isospin model and found to be in good agreement. An overview of the observed resonance structure, with particular emphasis on the invariant mass spectrum is given. The extraction of scattering lengths is discussed and future prospects for meaningful constraints on the scattering lengths from high luminosity collider experiments are considered. The analysis is based on the full data sample collected at and near the (4S) resonance by the Belle detector at the KEKB asymmetric-energy e+ecollider, corresponding to an integrated luminosity of 711 fb1.