[論文レビュー] A model-independent measurement of the CKM angle $γ$ in partially reconstructed $B^{\pm} o D^{*} h^{\pm}$ decays with $D o K_{S}^{0} h^{+}h^{-}$ $(h=π, K)$

LHCb Collaboration, A. S. W. Abdelmotteleb+1107 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、部分的に再構成されたB± → D∗h±崩壊において、D∗→Dγ/π⁰の崩壊生成物が再構成されない状況で、モデルに依存しないCKM角γの測定を提示する。LHCのpp衝突データ9 fb⁻¹（√s = 7, 8, 13 TeV）を用い、BESIIIおよびCLEOからの強い位相入力を得て、γ = (92⁺²¹₋₁₇)°を報告した。統計的不確実性が主な寄与要因であり、B崩壊におけるCP対称性の破れに対する新たな制約を提供する。

ABSTRACT

A measurement of $C\!P$-violating observables in $B^{\pm} o D^{*} K^{\pm}$ and $B^{\pm} o D^{*} π^{\pm}$ decays is made where the photon or neutral pion from the $D^{*} o Dγ$ or $D^{*} o Dπ^{0}$ decay is not reconstructed. The $D$ meson is reconstructed in the self-conjugate decay modes, $D o K_{S}^{0} π^{+} π^{-}$ or $D o K_{S}^{0} K^{+} K^{-}$. The distribution of signal yields in the $D$ decay phase space is analysed in a model-independent way. The measurement uses a data sample collected in proton-proton collisions at centre-of-mass energies of 7, 8, and 13 TeV, corresponding to a total integrated luminosity of approximately 9 fb$^{-1}$. The $B^{\pm} o D^{*} K^{\pm}$ and $B^{\pm} o D^{*} π^{\pm}$ $C\!P$-violating observables are interpreted in terms of hadronic parameters and the CKM angle $γ$, resulting in a measurement of $γ= (92^{+21}_{-17})^{\circ}$. The total uncertainty includes the statistical and systematic uncertainties, and the uncertainty due to external strong-phase inputs.

研究の動機と目的

• アムプリチュードモデルに依存しない手法を用いて、B± → D∗h±崩壊におけるCKM角γを測定すること。
• データから直接ハドロン的パラメータを測定することで、理論的不確実性を低減し、非摂動的ハドロン効果を最小限に抑えること。
• 部分的に再構成されたD∗メソンを用いたD → K₀Sπ⁺π⁻およびD → K₀SK⁺K⁻崩壊のダリーツプロット分布を分析することで、γの制約を強化すること。
• BESIIIおよびCLEO実験からの強い位相入力を用いて、系統的不確実性の信頼性ある推定を行うこと。
• 複数の解から生じる曇りを解消する支援となる、以前のLHCb結果とは補完的な測定を提供すること。

提案手法

• D∗→DγまたはD∗→Dπ⁰の崩壊で生成される光子または中性パイオンが再構成されない部分的再構成B± → D∗h±崩壊を用い、信号効率を向上させること。
• 2×Nの対称ビン（ゼロを除く）を用いて、D → K₀Sh⁺h⁻崩壊の位相空間における信号収量をダリーツプロットビンで分析すること。
• BESIIIおよびCLEO実験で測定された量子相関D⁰D̄⁰対（ψ(3770）を用いた強い位相情報を取り入れることで、モデルに依存しない手法を適用すること。
• スピン・パリティ構造に基づき、組み合わせたインバリアント質量m(Dh)を用いて、D∗→DγとD∗→Dπ⁰の崩壊を区別すること。
• B⁺およびB⁻崩壊のダリーツプロット分布を同時にフィットし、CP対称性の破れを示す観測量ξD∗h = (xD∗h, yD∗h)を抽出すること。これらはハドロン的パラメータrBおよびδBを介してγと関係づけられる。
• 統計的不確実性、実験的系統的不確実性、外部からの強い位相不確実性を組み合わせ、最終的なγ値の完全な誤差予算を決定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 アムプリチュードモデルに依存しない手法を用いて、D∗崩壊生成物（γまたはπ⁰）が再構成されない部分的再構成B± → D∗h±崩壊において、CKM角γを測定可能か？
• RQ2 D∗崩壊生成物が再構成されない場合、完全再構成解析と比較して、γ測定における感度とバックグラウンドレベルにどのような影響を与えるか？
• RQ3 BESIIIおよびCLEOからの強い位相入力は、γ測定における系統的不確実性推定の信頼性をどの程度向上させるか？
• RQ4 本結果は、以前のLHCb測定値およびグローバルCKMフィットとどのように一致するか。特に、複数の解から生じる曇りを解消する点でどうか？
• RQ5 B± → Dρ±からのバックグラウンド寄与は、D∗π±崩壊のrBおよびδBパラメータの精度にどのような影響を与えるか？

主な発見

• 測定によりγ = (92⁺²¹₋₁₇)°が得られ、全不確実性は統計的フラクチュエーションに支配されている。
• 部分的再構成による高い信号効率のおかげで、rD∗K_Bの不確実性は以前のLHCb解析と比較して30%小さくなった。
• D∗崩壊生成物が再構成されない場合に、B± → Dρ±バックグラウンドが支配的になるため、rD∗π_Bの不確実性は著しく大きくなり（参考文献[19]と比較してほぼ2倍）、D∗→Dπ⁰崩壊の精度に深刻な影響を与える。
• 68.3%および95.5%信頼水準におけるγの信頼区間は、以前のLHCb結果およびグローバルCKMフィットと整合しており、顕著な矛盾はない。
• 本測定は、γおよび関連するハドロン的パラメータについて、新たな独立した制約を提供し、以前の解析における複数の解から生じる曇りを解消する支援となる。
• BESIIIおよびCLEOからの直接的な強い位相入力を用いることで、モデル依存の系統的不確実性が低減され、γの決定の信頼性が向上した。