A New Look at the Scalar Meson $f_0(500)$ via $D^+\to \pi^+\pi^-\ell^+\nu_\ell$ Decays

BESIII Collaboration, M. Ablikim, M. N. Achasov, P. Adlarson, X. C. Ai, R. Aliberti, A. Amoroso, Y. Bai, O. Bakina, Y. Ban, H. -R. Bao, V. Batozskaya, K. Begzsuren, N. Berger, M. Berlowski, M. Bertani, D. Bettoni, F. Bianchi, E. Bianco, A. Bortone, I. Boyko, R. A. Briere, A. Brueggemann, H. Cai, X. Cai, A. Calcaterra, G. F. Cao, N. Cao, S. A. Cetin, J. F. Chang, G. R. Che, G. Chelkov, C. Chen, C. H. Chen, Chao Chen, G. Chen, H. S. Chen, H. Y. Chen, M. L. Chen, S. J. Chen, S. L. Chen, S. M. Chen, T. Chen, X. R. Chen, X. T. Chen, Y. B. Chen, Y. Q. Chen, Z. J. Chen, S. K. Choi, X. Chu, G. Cibinetto, F. Cossio, J. J. Cui, H. L. Dai, J. P. Dai, A. Dbeyssi, R. E. de Boer, D. Dedovich, C. Q. Deng, Z. Y. Deng, A. Denig, I. Denysenko, M. Destefanis, F. De Mori, B. Ding, X. X. Ding, Y. Ding, Y. Ding, J. Dong, L. Y. Dong, M. Y. Dong, X. Dong, M. C. Du, S. X. Du, Y. Y. Duan, Z. H. Duan, P. Egorov, Y. H. Fan, J. Fang, J. Fang, S. S. Fang, W. X. Fang, Y. Fang, Y. Q. Fang, R. Farinelli, L. Fava, F. Feldbauer, G. Felici, C. Q. Feng, J. H. Feng, Y. T. Feng, M. Fritsch, C. D. Fu, J. L. Fu, Y. W. Fu, H. Gao, X. B. Gao, Y. N. Gao, Yang Gao, S. Garbolino, I. Garzia, P. T. Ge, Z. W. Ge, C. Geng, E. M. Gersabeck, A. Gilman, K. Goetzen, L. Gong, W. X. Gong, W. Gradl, S. Gramigna, M. Greco, M. H. Gu, Y. T. Gu, C. Y. Guan, A. Q. Guo, L. B. Guo, M. J. Guo, R. P. Guo, Y. P. Guo, A. Guskov, J. Gutierrez, K. L. Han, T. T. Han, F. Hanisch, X. Q. Hao, F. A. Harris, K. K. He, K. L. He, F. H. Heinsius, C. H. Heinz, Y. K. Heng, C. Herold, T. Holtmann, P. C. Hong, G. Y. Hou, X. T. Hou, Y. R. Hou, Z. L. Hou, B. Y. Hu, H. M. Hu, J. F. Hu, S. L. Hu, T. Hu, Y. Hu, G. S. Huang, K. X. Huang, L. Q. Huang, X. T. Huang, Y. P. Huang, Y. S. Huang, T. Hussain, N. Hüsken, N. in der Wiesche, J. Jackson, S. Janchiv, Q. Ji, Q. P. Ji, W. Ji, X. B. Ji, X. L. Ji, Y. Y. Ji, Z. K. Jia, D. Jiang, H. B. Jiang, P. C. Jiang, S. J. Jiang, T. J. Jiang, X. S. Jiang, Y. Jiang, J. B. Jiao, J. K. Jiao, Z. Jiao, S. Jin, Y. Jin, M. Q. Jing, X. M. Jing, T. Johansson, S. Kabana, N. Kalantar-Nayestanaki, X. L. Kang, X. S. Kang, M. Kavatsyuk, B. C. Ke, V. Khachatryan, A. Khoukaz, R. Kiuchi, O. B. Kolcu, B. Kopf, M. Kuessner, X. Kui, N. Kumar, A. Kupsc, W. Kühn, T. T. Lei, Z. H. Lei, M. Lellmann, T. Lenz, C. Li, C. Li, C. H. Li, Cheng Li, D. M. Li, F. Li, G. Li, H. B. Li, H. J. Li, H. N. Li, Hui Li, J. R. Li, J. S. Li, K. Li, L. J. Li, L. K. Li, Lei Li, M. H. Li, M. R. Li, P. R. Li, Q. M. Li, Q. X. Li, R. Li, T. Li, W. D. Li, W. G. Li, X. Li, X. H. Li, X. L. Li, X. Y. Li, X. Z. Li, Y. G. Li, Z. J. Li, Z. Y. Li, C. Liang, H. Liang, H. Liang, Y. F. Liang, Y. T. Liang, G. R. Liao, Y. P. Liao, J. Libby, A. Limphirat, C. C. Lin, D. X. Lin, L. Q. Lin, T. Lin, B. J. Liu, B. X. Liu, C. Liu, C. X. Liu, F. Liu, F. H. Liu, Feng Liu, G. M. Liu, H. Liu, H. B. Liu, H. H. Liu, H. M. Liu, Huihui Liu, J. B. Liu, J. Y. Liu, K. Liu, K. Liu, K. Y. Liu, Ke Liu, L. Liu, L. C. Liu, Lu Liu, M. H. Liu, P. L. Liu, Q. Liu, S. B. Liu, T. Liu, W. K. Liu, W. M. Liu, W. T. Liu, X. Liu, X. Liu, X. Y. Liu, Y. Liu, Y. Liu, Y. B. Liu, Z. A. Liu, Z. D. Liu, Z. Q. Liu, X. C. Lou, F. X. Lu, H. J. Lu, J. G. Lu, Y. Lu, Y. H. Lu, Y. P. Lu, Z. H. Lu, C. L. Luo, J. R. Luo, J. S. Luo, M. X. Luo, T. Luo, X. L. Luo, X. R. Lyu, Y. F. Lyu, F. C. Ma, H. Ma, H. L. Ma, J. L. Ma, L. L. Ma, L. R. Ma, M. M. Ma, Q. M. Ma, R. Q. Ma, T. Ma, X. T. Ma, X. Y. Ma, Y. M. Ma, F. E. Maas, M. Maggiora, S. Malde, Y. J. Mao, Z. P. Mao, S. Marcello, Y. H. Meng, Z. X. Meng, J. G. Messchendorp, G. Mezzadri, H. Miao, T. J. Min, R. E. Mitchell, X. H. Mo, B. Moses, N. Yu. Muchnoi, J. Muskalla, Y. Nefedov, F. Nerling, L. S. Nie, I. B. Nikolaev, Z. Ning, S. Nisar, Q. L. Niu, S. L. Olsen, Q. Ouyang, S. Pacetti, X. Pan, Y. Pan, A. Pathak, Y. P. Pei, M. Pelizaeus, H. P. Peng, Y. Y. Peng, K. Peters, J. L. Ping, R. G. Ping, S. Plura, V. Prasad, F. Z. Qi, H. R. Qi, M. Qi, S. Qian, W. B. Qian, C. F. Qiao, J. J. Qin, L. Q. Qin, L. Y. Qin, P. B. Qin, X. P. Qin, X. S. Qin, Z. H. Qin, J. F. Qiu, Z. H. Qu, C. F. Redmer, A. Rivetti, M. Rolo, G. Rong, S. S. Rong, Ch. Rosner, S. N. Ruan, N. Salone, A. Sarantsev, Y. Schelhaas, K. Schoenning, M. Scodeggio, K. Y. Shan, W. Shan, X. Y. Shan, Z. J. Shang, J. F. Shangguan, L. G. Shao, M. Shao, C. P. Shen, H. F. Shen, W. H. Shen, X. Y. Shen, B. A. Shi, H. Shi, J. L. Shi, J. Y. Shi, S. Y. Shi, X. Shi, J. J. Song, T. Z. Song, W. M. Song, Y. J. Song, Y. X. Song, S. Sosio, S. Spataro, F. Stieler, Y. J. Su, G. B. Sun, G. X. Sun, H. Sun, H. K. Sun, J. F. Sun, K. Sun, L. Sun, S. S. Sun, T. Sun, Y. Sun, Y. C. Sun, Y. J. Sun, Y. Z. Sun, Z. Q. Sun, Z. T. Sun, C. J. Tang, G. Y. Tang, J. Tang, L. F. Tang, M. Tang, Y. A. Tang, L. Y. Tao, M. Tat, J. X. Teng, V. Thoren, W. H. Tian, Y. Tian, Z. F. Tian, I. Uman, B. Wang, Bo Wang, D. Y. Wang, H. J. Wang, J. J. Wang, K. Wang, L. L. Wang, M. Wang, N. Y. Wang, S. Wang, S. Wang, T. Wang, T. J. Wang, W. Wang, W. Wang, W. P. Wang, W. P. Wang, X. F. Wang, X. J. Wang, X. L. Wang, X. N. Wang, Y. Wang, Y. D. Wang, Y. F. Wang, Y. L. Wang, Y. N. Wang, Y. Q. Wang, Yaqian Wang, Yi Wang, Z. Wang, Z. L. Wang, Z. Y. Wang, D. H. Wei, F. Weidner, S. P. Wen, Y. R. Wen, U. Wiedner, G. Wilkinson, M. Wolke, C. Wu, J. F. Wu, L. H. Wu, L. J. Wu, S. G. Wu, X. Wu, X. H. Wu, Y. J. Wu, Z. Wu, L. Xia, X. M. Xian, B. H. Xiang, D. Xiao, G. Y. Xiao, H. Xiao, S. Y. Xiao, Y. L. Xiao, Z. J. Xiao, C. Xie, K. J. Xie, Y. Xie, Y. G. Xie, Y. H. Xie, Z. P. Xie, T. Y. Xing, C. F. Xu, C. J. Xu, G. F. Xu, M. Xu, Q. J. Xu, Q. N. Xu, W. L. Xu, X. P. Xu, Y. C. Xu, Z. S. Xu, F. Yan, H. Y. Yan, L. Yan, W. B. Yan, W. C. Yan, X. Q. Yan, H. J. Yang, H. L. Yang, H. X. Yang, T. Yang, Y. Yang, Y. F. Yang, Y. F. Yang, Y. Q. Yang, Y. X. Yang, Z. W. Yang, M. Ye, M. H. Ye, J. H. Yin, Junhao Yin, Z. Y. You, B. X. Yu, C. X. Yu, G. Yu, J. S. Yu, T. Yu, X. D. Yu, C. Z. Yuan, H. Yuan, J. Yuan, J. Yuan, L. Yuan, S. C. Yuan, Y. Yuan, Z. Y. Yuan, C. X. Yue, A. A. Zafar, S. H. Zeng, X. Zeng, Y. Zeng, Y. J. Zeng, Y. J. Zeng, X. Y. Zhai, Y. H. Zhan, A. Q. Zhang, B. L. Zhang, B. X. Zhang, D. H. Zhang, G. Y. Zhang, G. Y. Zhang, H. Zhang, H. Zhang, H. C. Zhang, H. H. Zhang, H. Q. Zhang, H. R. Zhang, H. Y. Zhang, J. Zhang, J. Zhang, J. J. Zhang, J. L. Zhang, J. Q. Zhang, J. S. Zhang, J. W. Zhang, J. X. Zhang, J. Y. Zhang, J. Z. Zhang, Jianyu Zhang, L. M. Zhang, Lei Zhang, P. Zhang, Q. Y. Zhang, R. Y. Zhang, S. H. Zhang, Shulei Zhang, X. M. Zhang, X. Y. Zhang, Y. Zhang, Y. Zhang, Y. T. Zhang, Y. H. Zhang, Y. M. Zhang, Yan Zhang, Z. D. Zhang, Z. H. Zhang, Z. L. Zhang, Z. Y. Zhang, Z. Y. Zhang, Z. Z. Zhang, G. Zhao, J. Y. Zhao, J. Z. Zhao, L. Zhao, Lei Zhao, M. G. Zhao, N. Zhao, R. P. Zhao, S. J. Zhao, Y. B. Zhao, Y. X. Zhao, Z. G. Zhao, A. Zhemchugov, B. Zheng, B. M. Zheng, J. P. Zheng, W. J. Zheng, Y. H. Zheng, B. Zhong, X. Zhong, J. Y. Zhou, L. P. Zhou, S. Zhou, X. Zhou, X. K. Zhou, X. R. Zhou, X. Y. Zhou, Y. Z. Zhou, A. N. Zhu, J. Zhu, K. Zhu, K. J. Zhu, K. S. Zhu, L. Zhu, L. X. Zhu, S. H. Zhu, T. J. Zhu, W. D. Zhu, Y. C. Zhu, Z. A. Zhu, X. Y. Zhuang, J. H. Zou, J. Zu
High Energy Physics - Experiment, High Energy Physics - Experiment (hep-ex)
2024-01-24 00:00:00
Using $2.93~\mathrm{fb}^{-1}$ of $e^+e^-$ collision data collected with the BESIII detector at the center-of-mass energy of 3.773 GeV, we investigate the semileptonic decays $D^+\to \pi^+\pi^- \ell^+\nu_\ell$ ($\ell=e$ and $\mu$). The $D^+\to f_0(500)\mu^+\nu_\mu$ decay is observed for the first time. By analyzing simultaneously the differential decay rates of $D^+\to f_0(500) \mu^+\nu_\mu$ and $D^+\to f_0(500) e^+\nu_e$ in different $\ell^+\nu_\ell$ four-momentum transfer intervals, the product of the relevant hadronic form factor $f^{f_0}_{+}(0)$ and the magnitude of the $c\to d$ Cabibbo-Kobayashi-Maskawa matrix element $|V_{cd}|$ is determined to be $f_{+}^{f_0} (0)|V_{cd}|=0.0787\pm0.0060_{\rm stat}\pm0.0033_{\rm syst}$ for the first time. With the input of $|V_{cd}|$ from the global fit in the standard model, we determine $f_{+}^{f_0} (0)=0.350\pm0.027_{\rm stat}\pm0.015_{\rm syst}$. The absolute branching fractions of $D^+\to f_0(500)_{(\pi^+\pi^-)}\mu^+\nu_\mu$ and $D^+\to \rho^0_{(\pi^+\pi^-)} \mu^+\nu_\mu$ are determined as $(0.72\pm0.13_{\rm stat}\pm0.10_{\rm syst})\times10^{-3}$ and $(1.64\pm0.13_{\rm stat}\pm0.11_{\rm syst})\times 10^{-3}$. Combining these results with those of previous BESIII measurements on their semielectronic counterparts from the same data sample, we test lepton flavor universality by measuring the branching fraction ratios ${\mathcal B}_{D^+\to \rho^0 \mu^+\nu_\mu}/{\mathcal B}_{D^+\to \rho^0 e^+\nu_e}=0.88\pm0.10$ and ${\mathcal B}_{D^+\to f_0(500) \mu^+\nu_\mu}/{\mathcal B}_{D^+\to f_0(500) e^+\nu_e}=1.14\pm0.28$, which are compatible with the standard model expectation.
PDF: A New Look at the Scalar Meson $f_0(500)$ via $D^+\to \pi^+\pi^-\ell^+\nu_\ell$ Decays.pdf
Empowered by ChatGPT