Institut für Kernphysik Vera Kleber1 Trento, 16.06.2005 Universität Bonn Physikalisches Institut a 0 (980) – f 0 (980) Mixing Vera Kleber Physikalisches.

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1 Institut für Kernphysik Vera Kleber1 Trento, 16.06.2005 Universität Bonn Physikalisches Institut a 0 (980) – f 0 (980) Mixing Vera Kleber Physikalisches Institut Universität Bonn Institut für Kernphysik Forschungszentrum Jülich

2 Institut für Kernphysik Vera Kleber2 Trento, 16.06.2005 Universität Bonn Physikalisches Institut Outline Introduction Properties of a 0 (980)/f 0 (980) Experiments with a 0 (980)/f 0 (980) a 0 (980)-f 0 (980) Mixing Program at COSY Outlook

3 Institut für Kernphysik Vera Kleber3 Trento, 16.06.2005 Universität Bonn Physikalisches Institut S I 1 1 The Pseudo Scalar Resonances K+K+ K-K- K0K0 K0K0 - 0 + Nonet of pseudo scalar mesons J P =0 -

4 Institut für Kernphysik Vera Kleber4 Trento, 16.06.2005 Universität Bonn Physikalisches Institut S I 1 1 The Light Scalar Resonances f 0 (500) ( ) (800) f 0 (980) a 0 (980) f 0 (1370) K 0 *(1430) a 0 (1450) f 0 (1500) f 0 (1710) Possible candidatesNonet of light scalar mesons J P =0 + K 0 +* (?) K 0 -* (?) K 0 * (?) a 0 - (?) a 0 0 (?) f 0 (?) a 0 + (?) f 0 (?) PDG, S. Eidelman et al., Phys. Lett. B 592, 1 (2004)

5 Institut für Kernphysik Vera Kleber5 Trento, 16.06.2005 Universität Bonn Physikalisches Institut a 0 (980)/f 0 (980) Nature What is their nature? qq state or 4 quark state or KK molecule A.V. Anisovich et al., Eur. Phys. J A 12 (2001) 103 D. Morgan, M.R. Pennington, Phys. Rev. D 48 (1993) 1185 N.N. Achasov et al., hep-ph/0201299 R.J. Jaffe, Phys. Rev. D 15 (1977) 267 J.A. Oller, E. Oset, Nucl. Phys. A 620, (1997), 438 G. Janssen et al., Phys. Rev. D 52 (1995) 2690 J. Weinstein, N. Isgur, Phys. Rev. D 41 (1990), 2236

6 Institut für Kernphysik Vera Kleber6 Trento, 16.06.2005 Universität Bonn Physikalisches Institut The a 0 (980) Resonance a 0 (980) I G (J PC )1 - 0 ++ Mass984.7 ± 1.2 [MeV] Width 50 – 100 [MeV] Decays dominant seen KK seen PDG, S. Eidelman et al., Phys. Lett. B 592, 1 (2004)

7 Institut für Kernphysik Vera Kleber7 Trento, 16.06.2005 Universität Bonn Physikalisches Institut The f 0 (980) Resonance f 0 (980) I G (J PC )0 + 0 ++ Mass980 ± 10 [MeV] Width 40 – 100 [MeV] Decays dominant seen KK seen PDG, S. Eidelman et al., Phys. Lett. B 592, 1 (2004)

8 Institut für Kernphysik Vera Kleber8 Trento, 16.06.2005 Universität Bonn Physikalisches Institut The a 0 (980) and f 0 (980) Resonance E. Bratkovskaya et al., J. Phys. G 28 (2002) 2423 d dM ( 0 )M r M r 2 -M 2 -iM r KK = C g q ig ( K 2 – (M/2) 2 ) g ((M/2) 2 - K 2 ) below threshold: above threshold: 2

9 Institut für Kernphysik Vera Kleber9 Trento, 16.06.2005 Universität Bonn Physikalisches Institut Experiments: Inclusive pp d X + Data M.A. Abolins et al., PRL 25 (1970) 469 p p = 3.8, 4.5, 6.3 GeV/c p p d X + LBL

10 Institut für Kernphysik Vera Kleber10 Trento, 16.06.2005 Universität Bonn Physikalisches Institut Experiments: Radiative -Decays KLOE @ DA NE 75 50 25 0 dBR/dm x 10 8 (MeV -1 ) 400600 m( ) (MeV) 1000800 e + e - A. Aloisio et al., Phys. Lett. B 537 (2002) 21 ( f 0 (980) + ) f 0 (980) Interf.

11 Institut für Kernphysik Vera Kleber11 Trento, 16.06.2005 Universität Bonn Physikalisches Institut Experiments: f 1 (1285) Decays L3 @ LEP e + e - e + e - e + e - f 1 (1285) e + e - e + e - L3 Collaboration, Phys. Lett. B 526 (2002) 269 BW-Fit M= 985 4 6 = 50 13 4 a 0 (980) f 1 (1285)

12 Institut für Kernphysik Vera Kleber12 Trento, 16.06.2005 Universität Bonn Physikalisches Institut 0 21.510.511.2 1.4 m 2 (K L + /K L - ) / GeV 2 m 2 (K L K + /K L K - ) / GeV 2 Experiments: pp annihilation Crystal Barrel @ LEAR pp K L K +/- -/+ a 0 (1450) K L K +/- a 0 (980) a 0 (1320) a 0 (1450) A. Abele et al., Phys. Rev. D 57 (1998) 3860 entries / 0.0186 GeV 2 /c 2 K*(892) a 0 (980) a 0 (1320) 200 400 600 theoretical Dalitz Plot (from best fit of PWA) Flatté m= 982 3 = 92 8 g 1 = 324 15 g 2 /g 1 = 1.01 m 2 (K + - /K - + ) / GeV 2 2 1.5 1 0.5 1.6

13 Institut für Kernphysik Vera Kleber13 Trento, 16.06.2005 Universität Bonn Physikalisches Institut Experiments: J/Ψ Decays BES @ BEPC e + e - J/Ψ e + e - J/Ψ K + K - M. Ablikim et al., hep-ex/0411001 f 0 (980) f 2 (1270)/ f 0 (1370) f 0 (980) f 2 (1525) Flatté m= 965 8 6 g 1 = 165 10 15 g 2 /g 1 = 4.21 0.25 0.21

14 Institut für Kernphysik Vera Kleber14 Trento, 16.06.2005 Universität Bonn Physikalisches Institut a 0 (980)/f 0 (980) Nature What is their nature? qq state or 4 quark state or KK molecule Which observable to measure at COSY? a 0 (980) - f 0 (980) mixing amplitude Mg gKgK R 10010.2180.2241.03 9990.4450.5161.16 9990.2150.2221.03 9950.3891.4143.63 9850.3760.4121.1 10030.4760.8341.75 9920.4530.561.24 Mg gKgK R 9700.4172.516.02 9750.3171.514.76 9730.5382.845.28 9770.090.020.22 -0.190.402.11 9570.090.9710.78 g =g 2 /8 m 2 R=g KK 2 /g 2 a 0 (980) V. Baru et al., nucl-th/0410099 g =g 2 /8 m 2 R=g KK 2 /g 2 f 0 (980) V. Baru et al., nucl-th/0410099

15 Institut für Kernphysik Vera Kleber15 Trento, 16.06.2005 Universität Bonn Physikalisches Institut a 0 (980)-f 0 (980) Mixing idea similar to dd 0 experiment @IUCF search for a reaction forbidden due to isospin conservation: dd a 0 0 (980) ( 0 ) allowed due to isospin conservation: dd f 0 (980) ( ) a 0 (980)-f 0 (980) mixing: dd f 0 (980) a 0 0 (980) 0

16 Institut für Kernphysik Vera Kleber16 Trento, 16.06.2005 Universität Bonn Physikalisches Institut a 0 (980)-f 0 (980) Mixing pilot measurement at ANKE: our estimate: (dd f 0 (980) K + K – ) ~ 400 pb strength of a 0 (980)-f 0 (980) mixing unknown isospin violating reaction at WASA: our estimate: (dd a 0 0 (980)) ~ (50... 200) pb Close & Kirk: mixing intensity = 8±3% but critizised by Achasov & Kiselev, Oller

17 Institut für Kernphysik Vera Kleber17 Trento, 16.06.2005 Universität Bonn Physikalisches Institut dd 0 vs. dd ( 0 ) CSB in propagation of a 0 /f 0 production or 0 / d d 0 d d 0 << d d a0a0 d d f0f0 a0a0 Details: C.Hanhart, nucl-th/0306073 20 Production Propagation CSB a0/f0 mNmN () ( ) -m N m a0/f0 11 t ~ m a0/f0 a0/f0 1 ~

18 Institut für Kernphysik Vera Kleber18 Trento, 16.06.2005 Universität Bonn Physikalisches Institut a 0 (980) - f 0 (980) Mixing-Amplitude N.N. Achasov et al., Phys. Lett. B 88, 367 (1979) d /dm ~ | (m)| 2 * |A| 2 Isospin violation reaction: dd f 0 a 0 ~ i g f0KK g a0KK s(p K –p K ) kaonic contribution additional measurement: dd K + K - m K0 2 – m K+ 2 m K0 2 + m K+ 2 m d – m u (m d + m u )/2+ m s ~ () = () f0f0 a0a0 K0K0 K0K0 f0f0 a0a0 K–K– K+K+ + others - = m

19 Institut für Kernphysik Vera Kleber19 Trento, 16.06.2005 Universität Bonn Physikalisches Institut Forschungszentrum Jülich Aachen Köln Bonn ~ 30 km ~ 50 km ~ 70 km

20 Institut für Kernphysik Vera Kleber20 Trento, 16.06.2005 Universität Bonn Physikalisches Institut COSY Jülich Meson Production pp ppX m(X) < 1.1 GeV/c 2 pp dX dd X

21 Institut für Kernphysik Vera Kleber21 Trento, 16.06.2005 Universität Bonn Physikalisches Institut COSY Jülich Meson Production pp ppX m(X) < 1.1 GeV/c 2 pp dX dd X Isospin I(I 3 ) 1(½,½) 1(½,½,0) 1(½,½) 1(0,1) 0(0,0)

22 Institut für Kernphysik Vera Kleber22 Trento, 16.06.2005 Universität Bonn Physikalisches Institut a 0 (980) Production near Threshold ANKE pp da 0 + (980) dK + K 0 d T p = 2.65 GeV Q KK = 48 MeV T p = 2.83 GeV Q KK = 105 MeV

23 Institut für Kernphysik Vera Kleber23 Trento, 16.06.2005 Universität Bonn Physikalisches Institut Identification of pp d P. Fedorets et al., accepted by Yad. Fiz. (Phys. At. Nucl.)

24 Institut für Kernphysik Vera Kleber24 Trento, 16.06.2005 Universität Bonn Physikalisches Institut Branching Ratio a 0 + (K + K 0 ) / (π + η) model dependent BR = (2.9 ± 0.8 stat ± 0.9 sys ) % BR = (23 ± 5) % A.Abele et al., Phys. Rev. D 57, 3860 (1998) Ratio 10 -1 10 -2 Q [GeV] 00.10.20.3 ANKE T p = 2.65 GeV Q = 48 MeV P. Fedorets et al., accepted by Yad. Fiz. (Phys. At. Nucl.)

25 Institut für Kernphysik Vera Kleber25 Trento, 16.06.2005 Universität Bonn Physikalisches Institut Identification of pp dK + K 0

26 Institut für Kernphysik Vera Kleber26 Trento, 16.06.2005 Universität Bonn Physikalisches Institut Differential Distributions for pp dK + K 0 V.Kleber et al., Phys. Rev. Lett. 17, 172304 T =2.65 GeV (Q =48 MeV) tot (pp dK + K 0 ) = (38 ± 2 stat ± 14 sys ) nb 83% a + 0 channelFit: [(KK) P d] S + [(KK) S d] P

27 Institut für Kernphysik Vera Kleber27 Trento, 16.06.2005 Universität Bonn Physikalisches Institut pp dK + K 0 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+) ndf 2 = 2.5 85% a + 0 channel

28 Institut für Kernphysik Vera Kleber28 Trento, 16.06.2005 Universität Bonn Physikalisches Institut Outlook dd K + K - @ ANKE reaction serves as isospin I=0 filter isospin conservation: f 0 dd π 0 η @ WASA Planned measurements: forbidden if isospin is conserved mixing f 0 a 0 Goals: dσ/dm (dd απ 0 η ) dσ/dm (dd αK + K - ) |mixing amplitude| 2 Goals: cross section (dσ/dm)

29 Institut für Kernphysik Vera Kleber29 Trento, 16.06.2005 Universität Bonn Physikalisches Institut … What You Should Have Learned … Introduction Properties Experiments a 0 -f 0 Mixing Program at COSY Outlook internal structure unknown from mass distributions: 2 out of 3 unknowns (M and g 2 2 /g 1 2 ) contains information on internal structure another reaction to study CSB } }