Authors:	Weidenkaff, Peter
Title:	Analysis of the decay D0 → K0S K+ K− with the BESIII experiment
Online publication date:	11-Jan-2017
Year of first publication:	2017
Language:	english
Abstract:	The study of mesons and baryons containing one or more charm quark is referred to as open charm physics. Mesons containing one charm and one light quark (u,d,s) are called D mesons. The lightest D mesons, D0 and D±, can only decay via a weak transition c → (d,s). The charm quark is together with the u and t quark a so-called ‘up-type’ quark. Since the u quark is the lightest quark and the t quark is too heavy to form bound states, D decays provide a unique laboratory to study ‘up-type’ quark transitions. The weak transition of bound states is also influenced by strong interaction effects which are important to understand, among others, the oscillation of D0 and D0bar. The precise measurement of branching fractions can help to improve the theoretical understanding in this field. Furthermore, D mesons are expected to decay via subsequent two-body decays, and in decays with three or more final state particles intermediate resonances can be studied. Due to the phase space limitations of D decays so-called ‘light mesons’ can be observed. The Beijing Electron-Positron collider II (BEPCII) is located at the Institute for High Energy Physics (IHEP) in Beijing. It provides collisions in the energy range from 2 GeV to 4.6 GeV. At an energy of 3.773 GeV the ψ(3770) resonance is produced which predominantly decays to DDbar. The BESIII detector has collected a data sample of 2931.8 pb^−1 at this energy which corresponds to approximately 10.7 × 10^6 D0D0bar and 8.5 × 10^6 D+D- decays. Each event contains two recoiling D decays in a almost background free environment. D0D0bar pair’s are furthermore produced in a quantum entangled state. This provides the possibility to ‘tag’ properties of one D decay from the reconstruction of the opposite D. In this work the favour of the signal decay is obtained in this way. The topic of this thesis is the study of the D0 → K_S K+ K− Dalitz plot using a favour tagged data sample. Using an untagged event sample, the branching fraction is measured. The Dalitz plot analysis is performed using 1856 ± 45 flavour tagged signal events with a purity of 96.4 %. We find that the Dalitz plot is well described by a set of 4 resonances: a0(980)0, φ(1020), a0(980)+ and a2(1320)−. We determine their magnitudes, phases and fit fractions. Furthermore we measure the a0(980) coupling to KK to be gKK =(2.88 ± 0.25 (stat.) ± 0.56 (sys.))GeV. The branching fraction is measured with 11 384 ± 115 untagged signal decays and we obtain a value of (4.45 ± 0.05 (stat.) ± 0.18 (sys.))×10^−3. The measurement yields a relative precision of 4.21 % which improves the current best measurement significantly. Both measurements are limited by the systematic uncertainty. As part of this work the reconstruction of displaced vertices is studied using J/ψ → ΛΛ decays. A comparison of data and simulation yields no significant differences. Die Untersuchung von Mesonen und Baryonen, die mindestens ein Charm- Quark enthalten, wird als (offene) Charm-Physik bezeichnet. Mesonen, die sowohl ein c als auch ein leichtes quark (u,d,s) enthalten, werden als D Mesonen bezeichnet. Die leichtesten Mesonen, D0 und D±, können nur durch den schwachen Übergang c → (d,s) zerfallen. Das Charm-Quark ist zusammen mit dem u und t Quark ein sogenanntes „up-type“ Quark. Zerfälle von Charm-Mesonen und Baryonen bieten die einzige Möglichkeit Quarkübergänge dieser Art zu studieren. Der schwache Zerfall gebundener Zustände wird durch Effekte der starken Wechselwirkung beeinflusst, welche, unter anderem, für das Verständnis der Oszillation von D0 und D0bar wichtig sind. Die präzise Vermessung von Verzweigungsverhältnissen kann helfen Unsicherheiten in den theoretischen Vorhersagen zu reduzieren. Desweiteren ist es möglich in D Zerfällen Zwischenzustände zu beobachten. In dem zugänglichen Massenbereich können sogenannte „leichte Mesonen“ beobachtet werden. Der Beijing Electron Positron Collider (BEPCII) wird am Institut für Hochenergiephysik (IHEP) in Peking in einem Energiebereich zwischen 2 GeV und 4.6 GeV betrieben. Bei einer Schwerpunktsenergie von 3.773 GeV wird die ψ(3770) Resonanz erzeugt, welche fast ausschließlich in ein Paar von D Mesonen zerfällt. Der bisher aufgezeichnete Datensatz bei dieser Energie von 2931.8 pb entspricht ungefähr 10.7 × 10^6 D0D0bar und 8.5 × 10^6 D+D- Zerfällen in einer nahezu untergrundfreien Umgebung. D0D0bar Paare werden darüber hinaus in einem Zustand der Quantenverschränkung erzeugt, welche es ermöglicht Rückschlüsse vom Zerfall eines Mesons auf den Zerfall des anderen zu ziehen. Dies wird in dieser Arbeit zur Bestimmung der Teilchenart genutzt. Im Rahmen dieser Arbeit wird der Zerfall D0 → K_S K+ K− untersucht. Das Dalitz-Diagramm wird analysiert und das Verzweigungsverhältnis wird gemessen. Die Analyse des Dalitz-Diagramms erfolgt anhand von 1856 ± 45 D0 Signalzerfällen mit einer Reinheit von 96.4%. Es stellt sich heraus, dass die Substruktur durch ein Model mit vier Resonanzen gut beschrieben werden kann: a0(980)0, φ(1020), a0(980)+ und a2(1320)−. Wir bestimmen Magnitude, Phase sowie die partiellen Verzweigungsverhältnisse. Außerdem wird für die Kopplungsstärke des a0(980) im Kanal KK ein Wert von gKK =(2.88 ± 0.25 (stat.) ± 0.56 (sys.)) GeV bestimmt. Das Verzweigungsverhältnis wird durch 11 384 ± 115 Signalzerfälle gemessen. Wir bestimmen einen Wert von (4.45 ±0.05 (stat.) ±0.18 (sys.)) ×10^−3. Mit einer relativen Präzision von 4.21 % übertrifft diese Messung bisherige Messungen deutlich. Beide Messungen sind durch systematische Unsicherheiten geprägt. Außerdem wird im Rahmen dieser Arbeit die Rekonstruktion von Teilchenzerfällen mit signifikanter Fluglänge, im Zerfall J/ψ → ΛΛ untersucht. Der Vergleich von Daten und Simulation zeigt keine signifikanten Unterschiede.
DDC:	530 Physik 530 Physics
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 08 Physik, Mathematik u. Informatik
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-2781
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000009365
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	xi, 156 Seiten
Appears in collections:	JGU-Publikationen