Y(4260) as a mixed charmonium-tetraquark state

Using the QCD sum rule approach we study the Y(4260) state assuming that it can be described by a mixed charmonium-tetraquark current with J(PC) = 1(--) quantum numbers. For the mixing angle around theta approximate to (53.0 +/- 0.5)degrees, we obtain a value for the mass which is in good agreement with the experimental mass of the Y(4260). For the decay width into the channel Y -> J/psi pi pi we find the value Gamma(Y -> J/psi pi pi) approximate to (4.1 +/- 0.6) MeV, which is much smaller than the total experimental width Gamma approximate to (95 +/- 14) MeV. However, considering the experimental upper limits for the decay of the Y(4260) into open charm, we conclude that we cannot rule out the possibility of describing this state as a mixed charmonium-tetraquark state. DOI: 10.1103/PhysRevD.86.116012

Nuclear-modification factor for open-heavy-flavor production at forward rapidity in Cu plus Cu collisions at root s(NN)=200 GeV

Background: Heavy-flavor production in p + p collisions is a good test of perturbative-quantum-chromodynamics (pQCD) calculations. Modification of heavy-flavor production in heavy-ion collisions relative to binary-collision scaling from p + p results, quantified with the nuclear-modification factor (R-AA), provides information on both cold-and hot-nuclear-matter effects. Midrapidity heavy-flavor R-AA measurements at the Relativistic Heavy Ion Collider have challenged parton-energy-loss models and resulted in upper limits on the viscosity-entropy ratio that are near the quantum lower bound. Such measurements have not been made in the forward-rapidity region. Purpose: Determine transverse-momentum (p(T)) spectra and the corresponding R-AA for muons from heavy-flavor meson decay in p + p and Cu + Cu collisions at root s(NN) = 200 GeV and y = 1.65. Method: Results are obtained using the semileptonic decay of heavy-flavor mesons into negative muons. The PHENIX muon-arm spectrometers measure the p(T) spectra of inclusive muon candidates. Backgrounds, primarily due to light hadrons, are determined with a Monte Carlo calculation using a set of input hadron distributions tuned to match measured-hadron distributions in the same detector and statistically subtracted. Results: The charm-production cross section in p + p collisions at root s = 200 GeV, integrated over p(T) and in the rapidity range 1.4 < y < 1.9, is found to be d(sigma e (e) over bar)/dy = 0.139 +/- 0.029 (stat)(-0.058)(+0.051) (syst) mb. This result is consistent with a perturbative fixed-order-plus-next-to-leading-log calculation within scale uncertainties and is also consistent with expectations based on the corresponding midrapidity charm-production cross section measured by PHENIX. The R-AA for heavy-flavor muons in Cu + Cu collisions is measured in three centrality bins for 1 < p(T) < 4 GeV/c. Suppression relative to binary-collision scaling (R-AA < 1) increases with centrality. Conclusions: Within experimental and theoretical uncertainties, the measured charm yield in p + p collisions is consistent with state-of-the-art pQCD calculations. Suppression in central Cu + Cu collisions suggests the presence of significant cold-nuclear-matter effects and final-state energy loss.

Di-electron spectrum at mid-rapidity in p+p collisions at root s=200 GeV

We report on the mid-rapidity mass spectrum of di-electrons and cross sections of pseudoscalar and vector mesons via e(+) e(-) decays, from root s = 200 GeV p + p collisions, measured by the large-acceptance experiment STAR at the Relativistic Heavy Ion Collider. The ratio of the di-electron continuum to the combinatorial background is larger than 10% over the entire mass range. Simulations of di-electrons from light-meson decays and heavy-flavor decays (charmonium and open charm correlation) are found to describe the data. The extracted omega -> e(+) e(-) invariant yields are consistent with previous measurements. The mid-rapidity yields (dN/dy) of phi and J/psi are extracted through their di-electron decay channels and are consistent with the previous measurements of phi -> K+ K- and J/psi -> e(+) e(-). Our results suggest a new upper limit of the branching ratio of the eta -> e(+) e(-) of 1.7 x 10(-5) at the 90% confidence level.

Neutral pion and eta meson production in proton-proton collisions at root s=0.9 TeV and root s=7 TeV

The first measurements of the invariant differential cross sections of inclusive pi(0) and eta meson production at mid-rapidity in proton-proton collisions root s = 0.9 TeV and root s = 7 TeV are reported. The pi(0) measurement covers the ranges 0.4 < p(T) < 7 GeV/c and 0.3 < p(T) < 25 GeV/c for these two energies, respectively. The production of eta mesons was measured at root s = 7 TeV in the range 0.4 < p(T) < 15 GeV/c. Next-to-Leading Order perturbative QCD calculations, which are consistent with the pi(0) spectrum at root s = 0.9 TeV, overestimate those of pi(0) and eta mesons at root s = 7 TeV, but agree with the measured eta/pi(0) ratio at root s = 7 TeV. (C) 2012 CERN. Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

Ground and excited state charmonium production in p plus p collisions at root s=200 GeV

We report on charmonium measurements [J/psi (1S), psi' (2S), and chi(c) (1P)] in p + p collisions at root s = 200 GeV. We find that the fraction of J/psi coming from the feed-down decay of psi' and chi(c) in the midrapidity region (vertical bar y vertical bar < 0: 35) is 9.6 +/- 2.4% and 32 +/- 9%, respectively. We also present the p(T) and rapidity dependencies of the J/psi yield measured via dielectron decay at midrapidity (vertical bar y vertical bar < 0.35) and via dimuon decay at forward rapidity (1.2 < vertical bar y vertical bar < 2.2). The statistical precision greatly exceeds that reported in our previous publication [Phys. Rev. Lett. 98, 232002 (2007)]. The new results are compared with other experiments and discussed in the context of current charmonium production models.

Production of Muons from Heavy Flavor Decays at Forward Rapidity in pp and Pb-Pb Collisions at root s(NN)=2.76 TeV

The ALICE Collaboration has measured the inclusive production of muons from heavy-flavor decays at forward rapidity, 2.5 < y < 4, in pp and Pb-Pb collisions at root s(NN) = 2.76 TeV. The p(t)-differential inclusive cross section of muons from heavy-flavor decays in pp collisions is compared to perturbative QCD calculations. The nuclear modification factor is studied as a function of p(t) and collision centrality. A weak suppression is measured in peripheral collisions. In the most central collisions, a suppression of a factor of about 3-4 is observed in 6 < p(t) < 10 GeV/c. The suppression shows no significant p(t) dependence.

Measurement of prompt J/psi and beauty hadron production cross sections at mid-rapidity in pp collisions at root s=7 TeV

The ALICE experiment at the LHC has studied J/psi production at mid-rapidity in pp collisions at root s = 7 TeV through its electron pair decay on a data sample corresponding to an integrated luminosity L-int = 5.6 nb(-1). The fraction of J/psi from the decay of long-lived beauty hadrons was determined for J/psi candidates with transverse momentum p(t) > 1,3 GeV/c and rapidity vertical bar y vertical bar < 0.9. The cross section for prompt J/psi mesons, i.e. directly produced J/psi and prompt decays of heavier charmonium states such as the psi(2S) and chi(c) resonances, is sigma(prompt J/psi) (p(t) > 1.3 GeV/c, vertical bar y vertical bar < 0.9) = 8.3 +/- 0.8(stat.) +/- 1.1 (syst.)(-1.4)(+1.5) (syst. pol.) mu b. The cross section for the production of b-hadrons decaying to J/psi with p(t) > 1.3 GeV/c and vertical bar y vertical bar < 0.9 is a sigma(J/psi <- hB) (p(t) > 1.3 GeV/c, vertical bar y vertical bar < 0.9) = 1.46 +/- 0.38 (stat.)(-0.32)(+0.26) (syst.) mu b. The results are compared to QCD model predictions. The shape of the p(t) and y distributions of b-quarks predicted by perturbative QCD model calculations are used to extrapolate the measured cross section to derive the b (b) over bar pair total cross section and d sigma/dy at mid-rapidity.

D-S(+) meson production at central rapidity in proton-proton collisions at root s=7 TeV

The P-T-differential inclusive production cross section of the prompt charm-strange meson D-s(+) in the rapidity range vertical bar y vertical bar < 0.5 was measured in proton-proton collisions at root s = 7 TeV at the LHC using the ALICE detector. The analysis was performed on a data sample of 2.98 x 10(8) events collected with a minimum-bias trigger. The corresponding integrated luminosity is L-int = 4.8 nb(-1). Reconstructing the decay D-s(+) -> phi pi(+) with phi -> K-K+, and its charge conjugate, about 480 D-s(+/-) mesons were counted, after selection cuts, in the transverse momentum range 2 < P-T < 12 GeV/c. The results are compared with predictions from models based on perturbative QCD. The ratios of the cross sections of four D meson species (namely D-0, D+, D*+ and D-s(+)) were determined both as a function of p(T) and integrated over p(T)after extrapolating to full p(T) range, together with the strangeness suppression factor in charm fragmentation. The obtained values are found to be compatible within uncertainties with those measured by other experiments in e(+)e(-), ep and pp interactions at various centre-of-mass energies. (C) 2012 CERN. Published by Elsevier By. All rights reserved.

Cold-Nuclear-Matter Effects on Heavy-Quark Production in d+Au Collisions at root S-NN=200 GeV

The PHENIX experiment has measured electrons and positrons at midrapidity from the decays of hadrons containing charm and bottom quarks produced in d + Au and p + p collisions at root S-NN = 200 GeV in the transverse-momentum range 0.85 <= p(T)(e) <= 8.5 GeV/c. In central d + Au collisions, the nuclear modification factor R-dA at 1.5 < p(T) < 5 GeV/c displays evidence of enhancement of these electrons, relative to those produced in p + p collisions, and shows that the mass-dependent Cronin enhancement observed at the Relativistic Heavy Ion Collider extends to the heavy D meson family. A comparison with the neutral-pion data suggests that the difference in cold-nuclear-matter effects on light- and heavy-flavor mesons could contribute to the observed differences between the pi(0) and heavy-flavor-electron nuclear modification factors R-AA. DOI: 10.1103/PhysRevLett.109.242301

Light vector meson production in pp collisions at root s=7 TeV ALICE Collaboration

The ALICE experiment has measured low-mass dimuon production in pp collisions at root s = 7 TeV in the dimuon rapidity region 2.5 < y < 4. The observed dimuon mass spectrum is described as a superposition of resonance decays (eta, rho, omega, eta', phi) into muons and semi-leptonic decays of charmed mesons. The measured production cross sections for omega and phi are sigma(omega)(1 < p(t) < 5 GeV/c. 2.5 < y < 4) = 5.28 +/- 0.54(stat) +/- 0.49(syst) mb and sigma(phi)(1 < p(t) < 5 GeV/c. 2.5 < y < 4) = 0.940 +/- 0.084(stat) +/- 0.076(syst) mb. The differential cross sections d(2)sigma/dy dp(t) are extracted as a function of p(t) for omega and phi. The ratio between the rho and omega cross section is obtained. Results for the phi are compared with other measurements at the same energy and with predictions by models. (C) 2012 CERN. Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

Relation between Tcc,bb and Xc,b from QCD.

We have studied, using double ratio of QCD (spectral) sum rules, the ratio between the masses of Tcc and X(3872) assuming that they are respectively described by the D−D∗ and D− ¯D∗ molecular currents. We found (within our approximation) that the masses of these two states are almost degenerate. Since the pion exchange interaction between these mesons is exactly the same, we conclude that if the observed X(3872) meson is a D ¯D∗ + c.c. molecule, then the DD∗ molecule should also exist with approximately the same mass. An extension of the analysis to the b-quark case leads to the same conclusion. We also study the SU(3) breakings for the T s Q Q /TQ Q mass ratios. Motivated by the recent Belle observation of two Zb states, we revise our determination of Xb by combining results from exponential and FESR sum rules.

Messung der semileptonischen Ξ°-Zerfälle mit dem NA48/1-Detektor

Im Jahre 2002 wurde mit dem NA48/1-Detektor eine Datennahme mit hoher Intensität von K_S-Mesonen und neutralen Hyperonen durchgeführt, bei der unter anderem etwa 10^9 Xi^0-Zerfallskandidaten aufgezeichnet wurden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden aus diesem Datensatz 6657 Xi^0 -> Sigma^+ e^- Anti-nü und 581 Anti-Xi^0 -> Anti-Sigma^+ e^+ nü-Ereignisse ausgewählt und damit die Verzweigungsverhältnisse BR1(Gamma(Xi^0 -> Sigma^+ e^- Anti-nü)/Gamma(Xi^0 total))=( 2.533 +-0.032(stat) -0.076+0.089(syst) )10^-4 und BR2(Gamma(Anti-Xi^0 -> Anti-Sigma^+ e^+ nü)/Gamma(Anti-Xi^0 total))= ( 2.57 +-0.12(stat) -0.09+0.10(syst) )10^-4 bestimmt. Dieses Ergebnis für BR1 ist etwa 3.5-mal genauer als die bisher veröffentlichte Messung. Die Analyse der Anti-Xi^0-Beta-Zerfälle stellt die erste Messung von BR2 dar. Beide Ergebnisse stimmen mit der theoretischen Vorhersage von 2.6*10^-4 überein. Aus dem Xi^0-Beta-Verzweigungsverhältnis folgt unter Verwendung des experimentellen Wertes des Formfaktorverhältnisses g1/f1 für das CKM-Matrixelement |Vus| = 0.209 +- 0.004(exp) +- 0.026(syst), wobei die dominierende Unsicherheit von g1/f1 herrührt. Außerdem wurden in dieser Arbeit 99 Xi^0 -> Sigma^+ mu^- Anti-nü Zerfallskandidaten mit einem abgeschätzten Untergrund von 30 Ereignissen rekonstruiert und daraus ebenfalls das Verzweigungsverhältnis extrahiert: BR3(Gamma(Xi^0 -> Sigma^+ mu^- Anti-nü)/Gamma(Xi^0 total)) = ( 2.11 +- 0.31(stat) +- 0.15(syst) )10^-6.

QCD-Strahlungskorrekturen zu Polarisationsobservablen in semileptonischen Zerfällen schwerer Quarks

In dieser Arbeit werden die QCD-Strahlungskorrekturen in erster Ordnung der starken Kopplungskonstanten für verschiedene Polarisationsobservablen zu semileptonischen Zerfällen eines bottom-Quarks in ein charm-Quark und ein Leptonpaar berechnet. Im ersten Teil wird der Zerfall eines unpolarisierten b-Quarks in ein polarisiertes c-Quark sowie ein geladenes Lepton und ein Antineutrino im Ruhesystem des b-Quarks analysiert. Es werden die Strahlungskorrekturen für den unpolarisierten und den polarisierten Beitrag zur differentiellen Zerfallsrate nach der Energie des c-Quarks berechnet, wobei das geladene Lepton als leicht angesehen und seine Masse daher vernachlässigt wird. Die inklusive differentielle Rate wird durch zwei Strukturfunktionen in analytischer Form dargestellt. Anschließend werden die Strukturfunktionen und die Polarisation des c-Quarks numerisch ausgewertet. Nach der Einführung der Helizitäts-Projektoren befaßt sich der zweite Teil mit dem kaskadenartigen Zerfall eines polarisierten b-Quarks in ein unpolarisiertes c-Quark und ein virtuelles W-Boson, welches weiter in ein Paar leichter Leptonen zerfällt. Es werden die inklusiven Strahlungskorrekturen zu drei unpolarisierten und fünf polarisierten Helizitäts-Strukturfunktionen in analytischer Form berechnet, welche die Winkelverteilung für die differentielle Zerfallsrate nach dem Viererimpulsquadrat des W-Bosons beschreiben. Die Strukturfunktionen enthalten die Informationen sowohl über die polare Winkelverteilung zwischen dem Spinvektor des b-Quarks und dem Impulsvektor des W-Bosons als auch über die räumliche Winkelverteilung zwischen den Impulsen des W-Bosons und des Leptonpaars. Der Impuls und der Spinvektor des b-Quarks sowie der Impuls des W-Bosons werden im b-Ruhesystem analysiert, während die Impulse des Leptonpaars im W-Ruhesystem ausgewertet werden. Zusätzlich zu den genannten Strukturfunktionen werden noch die unpolarisierte und die polarisierte skalare Strukturfunktion angegeben, die in Anwendungen bei hadronischen Zerfällen eine Rolle spielen. Anschließend folgt eine numerische Auswertung aller berechneten Strukturfunktionen. Im dritten Teil werden die nichtperturbativen HQET-Korrekturen zu inklusiven semileptonischen Zerfällen schwerer Hadronen diskutiert, welche ein b-Quark enthalten. Sie beschreiben hadronische Korrekturen, die durch die feste Bindung des b-Quarks in Hadronen hervorgerufen werden. Es werden insgesamt fünf unpolarisierte und neun polarisierte Helizitäts-Strukturfunktionen in analytischer Form angegeben, die auch eine endliche Masse und den Spin des geladenen Leptons berücksichtigen. Die Strukturfunktionen werden sowohl in differentieller Form in Abhängigkeit des quadrierten Viererimpulses des W-Bosons als auch in integrierter Form präsentiert. Zum Schluß werden die zuvor erhaltenen Resultate auf die semi-inklusiven hadronischen Zerfälle eines polarisierten Lambda_b-Baryons oder eines B-Mesons in ein D_s- oder ein D_s^*-Meson unter Berücksichtigung der D_s^*-Polarisation angewandt. Für die zugehörigen Winkelverteilungen werden die inklusiven QCD- und die nichtperturbativen HQET-Korrekturen zu den Helizitäts-Strukturfunktionen in analytischer Form angegeben und anschließend numerisch ausgewertet.

Messung der B s-Oszillation mit dem semileptonischen Zerfall B 0 s D - s (phi pi -) my + ny my mit dem D0-Detektor

Das Standardmodell (SM) der Teilchenphysik beschreibt sehr präzise die fundamentalen Bausteine und deren Wechselwirkungen (WW). Trotz des Erfolges gibt es noch offene Fragen, die vom SM nicht beantwortet werden können. Ein noch noch nicht abgeschlossener Test besteht aus der Messung der Stärke der schwachen Kopplung zwischen Quarks. Neutrale B- bzw. $bar{B}$-Mesonen können sich innerhalb ihrer Lebensdauer über einen Prozeß der schwachen WW in ihr Antiteilchen transformieren. Durch die Messung der Bs-Oszillation kann die Kopplung Vtd zwischen den Quarksorten Top (t) und Down (d) bestimmt werden. Alle bis Ende 2005 durchgeführten Experimente lieferten lediglich eine untere Grenze für die Oszillationsfrequenz von ms>14,4ps-1. Die vorliegenden Arbeit beschreibt die Messung der Bs-Oszillationsfrequenz ms mit dem semileptonischen Kanal BsD(-)+. Die verwendeten Daten stammen aus Proton-Antiproton-Kollisionen, die im Zeitraum von April 2002 bis März 2006 mit dem DØ-Detektor am Tevatron-Beschleuniger des Fermi National Accelerator Laboratory bei einer Schwerpunktsenergie von $sqrt{s}$=1,96TeV aufgezeichnet wurden. Die verwendeten Datensätze entsprechen einer integrierten Luminosität von 1,3fb-1 (620 millionen Ereignisse). Für diese Oszillationsmessung wurde der Quarkinhalt des Bs-Mesons zur Zeit der Produktion sowie des Zerfalls bestimmt und die Zerfallszeit wurde gemessen. Nach der Rekonstruktion und Selektion der Signalereignisse legt die Ladung des Myons den Quarkinhalt des Bs-Mesons zur Zeit des Zerfalls fest. Zusätzlich wurde der Quarkinhalt des Bs-Mesons zur Zeit der Produktion markiert. b-Quarks werden in $pbar{p}$-Kollisionen paarweise produziert. Die Zerfallsprodukte des zweiten b-Hadrons legen den Quarkinhalt des Bs-Mesons zur Zeit der Produktion fest. Bei einer Sensitivität von msenss=14,5ps-1 wurde eine untere Grenze für die Oszillationsfrequenz ms>15,5ps-1 bestimmt. Die Maximum-Likelihood-Methode lieferte eine Oszillationsfrequenz ms>(20+2,5-3,0(stat+syst)0,8(syst,k))ps-1 bei einem Vertrauensniveau von 90%. Der nicht nachgewiesene Neutrinoimpuls führt zu dem systematischen Fehler (sys,k). Dieses Resultat ergibt zusammen mit der entsprechenden Oszillation des Bd-Mesons eine signifikante Messung der Kopplung Vtd, in Übereinstimmung mit weiteren Experimenten über die schwachen Quarkkopplungen.

Measurement of K +- pi +- gamma gamma decays

The goal of this thesis was an experimental test of an effective theory of strong interactions at low energy, called Chiral Perturbation Theory (ChPT). Weak decays of kaon mesons provide such a test. In particular, K± → π±γγ decays are interesting because there is no tree-level O(p2) contribution in ChPT, and the leading contributions start at O(p4). At this order, these decays include one undetermined coupling constant, ĉ. Both the branching ratio and the spectrum shape of K± → π±γγ decays are sensitive to this parameter. O(p6) contributions to K± → π±γγ ChPT predict a 30-40% increase in the branching ratio. From the measurement of the branching ratio and spectrum shape of K± → π±γγ decays, it is possible to determine a model dependent value of ĉ and also to examine whether the O(p6) corrections are necessary and enough to explain the rate.About 40% of the data collected in the year 2003 by the NA48/2 experiment have been analyzed and 908 K± → π±γγ candidates with about 8% background contamination have been selected in the region with z = mγγ2/mK2 ≥ 0.2. Using 5,750,121 selected K± → π±π0 decays as normalization channel, a model independent differential branching ratio of K± → π±γγ has been measured to be:BR(K± → π±γγ, z ≥ 0.2) = (1.018 ± 0.038stat ± 0.039syst ± 0.004ext) ∙10-6. From the fit to the O(p6) ChPT prediction of the measured branching ratio and the shape of the z-spectrum, a value of ĉ = 1.54 ± 0.15stat ± 0.18syst has been extracted. Using the measured ĉ value and the O(p6) ChPT prediction, the branching ratio for z =mγγ2/mK2 <0.2 was computed and added to the measured result. The value obtained for the total branching ratio is:BR(K± → π±γγ) = (1.055 ± 0.038stat ± 0.039syst ± 0.004ext + 0.003ĉ -0.002ĉ) ∙10-6, where the last error reflects the uncertainty on ĉ.The branching ratio result presented here agrees with previous experimental results, improving the precision of the measurement by at least a factor of five. The precision on the ĉ measurement has been improved by approximately a factor of three. A slight disagreement with the O(p6) ChPT branching ratio prediction as a function of ĉ has been observed. This mightrnbe due to the possible existence of non-negligible terms not yet included in the theory. Within the scope of this thesis, η-η' mixing effects in O(p4) ChPT have also been measured.