[論文レビュー] An exploration of $B_s o J/\psi s\bar{s}$

Robert Knegjens|arXiv (Cornell University)|Sep 14, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 33被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、SU(3) flavor対称性と有効寿命測定を活用することで、ハドロン的不確実性を低減した方法で、B0s–B̄0s混合位相φsを抽出する代替崩壊モード—Bs →J/ψη(′)およびBs →J/ψf0(980)—を検討する。有効寿命データをCP偶性およびCP奇性の最終状態（例：J/ψf0およびK+K−）で組み合わせることで、時間依存 tagged 分析に依存せずにφsおよび∆Γsを独立に制約でき、 flavour physics における New Physics の補足的プローブを提供する。

ABSTRACT

Measurements of the $B_s^0$--$\bar{B}_s^0$ mixing phase $\phi_s$ appear to be converging towards the SM prediction, suggesting that contributions from New Physics (NP), if present, are small. This poses the question of whether smallish NP in $\phi_s$ can be distinguished from the hadronic uncertainties present in the interfering $B_s$ decay mode. In this paper we discuss the potential of extracting $\phi_s$ from the decay modes $B_s o J/\psi \eta^{(\prime)}$ and $B_s o J/\psi f_0(980)$ and how their respective hadronic uncertainties can be controlled. In addition, we demonstrate how the branching ratios of the former decays can be used to estimate the $\eta$--$\eta'$ mixing angles. Finally, we point out that effective lifetime measurements of decay modes such as the $B_s o J/\psi f_0(980)$ can be used to constrain both $\phi_s$ and the $B_s$ decay width difference $\Delta\Gamma_s$, complementary to the usual time-dependent tagged analysis.

研究の動機と目的

• Bs →J/ψη(′)およびBs →J/ψf0(980)といった代替崩壊モードを用いることで、B0s–B̄0s混合位相φsを抽出する際のハドロン的不確実性を低減すること。
• SU(3)F flavor対称性を用いて、Bs崩壊をそのBd対応物（例：Bd →J/ψπ0 や Bd →J/ψf0）と関連づけ、理論的不確実性を制御すること。
• 有効寿命測定を、taggingなしの方法として用いて、φsおよび崩壊幅差∆Γsを同時に制約する方法を検討すること。
• η–η′混合角およびf0(980)の構造（q¯q対比四クォーク）を用いて、崩壊振幅に対する理論的制御を向上させることの可能性を評価すること。
• LHCbの有効寿命データを含む、さまざまな観測量におけるφsおよび∆Γsの測定の一貫性を検証し、潜在的な New Physics を検出すること。

提案手法

• SU(3)F flavor対称性を用いて、Bs →J/ψs¯s崩壊におけるハドロン的パラメータ（b, θ）を、Bd →J/ψd¯q崩壊におけるそれらと関連づけ、ハドロン的不確実性を制御する。
• 時間依存率非対称性式（式2）および有効寿命形式（式15）を適用し、φs + ∆φf に依存するA_f^ΔΓを抽出する。
• untagged 崩壊時間分布に対する最尤フィットを用いて有効寿命を抽出し、これは時間平均期待値と解析的に同等である。
• CP偶性およびCP奇性の最終状態（例：τJ/ψf0 = 1.70 ± 0.040 ± 0.026 ps および τK+K− = 1.455 ± 0.046 ± 0.006 ps）の有効寿命測定を用いて、φs–∆Γs平面における等高線を構築し、φsおよび∆Γsを同時に制約する。
• 有効寿命の不確実性と、C_fおよび∆φ_fの理論的推定値を組み合わせたχ²フィットを実行し、φs–∆Γs平面における68%信頼領域を導出する。
• 制御チャネル（例：Bd →J/ψf0）の分岐比推定値を用いて、f0(980)の構造を制約し、理論的不確実性の境界を定義する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Bs →J/ψη(′)およびBs →J/ψf0(980)崩壊は、ハドロン的不確実性を低減した方法でφsを測定する代替手段として有効であるか？
• RQ2 SU(3)F flavor対称性および制御チャネル（例：Bd →J/ψπ0）を用いることで、Bs →J/ψs¯s崩壊におけるハドロン的パラメータbおよびθをどの程度制御できるか？
• RQ3 untagged 崩壊の有効寿命測定を用いることで、時間依存 tagged 分析に依存せずにφsおよび∆Γsを抽出できるか？
• RQ4 f0(980)メソンの構造（q¯q 対比四クォーク）およびη–η′混合角へのφs–∆Γs抽出の感受性はどの程度か？
• RQ5 有効寿命に基づくφs推定値と、 tagged 時間依存結果（例：LHCbのφs = (0.0 ± 6.0)°）との不一致は、New Physics を示唆するのか、それとも理論的不確実性の結果か？

主な発見

• LHCbによるBs →J/ψf0(980)の有効寿命は1.70 ± 0.040 ± 0.026 psと測定され、標準模型予測の1.616 ± 0.034 psから1σ以上ずれている。
• J/ψf0（CP奇性）およびK+K−（CP偶性）の有効寿命データを統合したχ²フィットにより、φs = (−49+18−11)°および∆Γs = (0.189+0.042−0.052) ps⁻¹が得られ、 tagged LHCb結果（φs = (0.0 ± 6.0)°）とは不一致である。
• 有効寿命法は、taggingなしの補足的制約を提供し、CP偶性およびCP奇性の最終状態からの等高線が交差することで解が特定可能である。
• Bd →J/ψf0(980)の分岐比は(1–3) × 10⁻⁶と推定され、f0(980)の構造に敏感である。ϕM = 35°で、q¯qおよび四クォーク像の両方で同等の割合が得られる。
• Bs →J/ψf0(980)の直接CP非対称性は|CJ/ψf0| ≲ 0.05で制限され、混合誘導CP非対称性はS_J/ψf0^SM ∈ [−0.09, −0.01]と予測され、単純な標準模型推定値−0.036 ± 0.002と整合的である。
• ハドロン的位相シフト∆φJ/ψf0は[−3°, 3°]の範囲にあると推定され、ハドロン的不確実性が十分に小さいため、理論的制御が保たれていればφsの高精度抽出が可能である。