[論文レビュー] An Improved Measurement of Mixing-induced CP Violation in the Neutral B Meson System

The Belle Collaboration, Y. Chao|ArXiv.org|Jul 30, 2002

Neutrino Physics Research被引用数 9

ひとこと要約

本論文は、KEK Bファクトリーで収集された8500万対のB B̄ ハイパーバランスを用いて、中性Bボトン系における混合誘発CP対称性破れの改良測定を提示する。B⁰ → η′K₀、B⁰ → φK₀、B⁰ → K⁺K⁻K₀、およびB⁰ → J/ψπ⁰の崩壊における時間依存CP非対称性を分析することで、Belle コラボレーションは sin 2φ₁ = 0.720 ± 0.074 (統計) ± 0.026 (系) を測定し、標準模型の予測を確認するとともに、不確実性内での |λ| = 1 という仮定の妥当性を裏付けた。

ABSTRACT

We present an improved measurement of the standard model CP violation parameter sin2phi_1 (also known as sin2beta) based on a sample of 85 times 10^6 B Bbar pairs collected at the Upsilon(4S) resonance with the Belle detector at the KEKB asymmetric-energy e+e- collider. One neutral B meson is reconstructed in a J/psi K_S, psi(2S) K_S, chi_{c1} K_S, eta_c K_S, J/psi K^{*0}, or J/psi K_L CP-eigenstate decay channel and the flavor of accompanying B meson is identified from itsdecay products. From the asymmetry in the distribution of the time intervals between the two B meson decay points, we obtain sin2phi_1 = 0.719 +/- 0.074(stat) +/- 0.035(syst). We also report measurements of CP violation parameters for the related B^0 -> J/psi pi^0 decay mode and the penguin-dominated processes B^0 -> eta' K_S, phi K_S and K^+K^- K_S.

研究の動機と目的

• 中性Bボトン系における混合誘発CP対称性破れの測定精度を向上させること。
• penguin振幅からの直接CP対称性破れがないという標準模型の仮定 |λ| = 1 が妥当であるかを検証すること。
• b → s penguinおよびb → c c̄ d 遷移が支配的なB⁰崩壊における時間依存CP非対称性を測定すること。
• η′K₀、φK₀、K⁺K⁻K₀、およびJ/ψπ⁰を含む複数の崩壊モードからの sin 2φ₁ の抽出を通じて、ユニタリティトライアングルを調べること。
• 系統的不確実性を評価し、異なる最終状態間で分析フレームワークの整合性を検証すること。

提案手法

• KEK Bファクトリーで収集された85 × 10⁶ B B̄ ハイパーバランスを用いた、B⁰ → CP固有状態崩壊の時間依存アモルティュード解析を実施する。
• 信号確率密度関数（PDF）に、時間依存CP非対称性項 S sin(Δm_d Δt) および A cos(Δm_d Δt) を含める。ここで S ≡ -ξ_f S および A ≡ -ξ_f A である。
• 信号PDFを P_sig(Δt, q, w_l, ξ_f) = (e^(-|Δt|/τ_B⁰))/(4τ_B⁰) × {1 + q(1 - 2w_l)[S sin(Δm_d Δt) + A cos(Δm_d Δt)]} としてモデル化する。ここで q はフレーバータグ、w_l はタギング効率を表す。
• 複数の崩壊モードにおけるΔt分布を同時にフィットすることで、SおよびAパラメータを抽出する。
• |λ| および a_CP を自由パラメータとして許容するグローバルフィットを実施し、標準模型の仮定 |λ| = 1 の妥当性を検証する。
• フレーバータギング、バーテックス再構築、フィッティング技術を、過去のBelle解析と同一にすることで、系統的整合性を確保する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中性Bボトン系における混合誘発CP対称性破れを用いた sin 2φ₁ の正確な値は何か？
• RQ2 標準模型の仮定 |λ| = 1 は妥当であるか、それともpenguin振幅からの直接CP対称性破れの兆候があるか？
• RQ3 B⁰ → η′K₀、B⁰ → φK₀、B⁰ → K⁺K⁻K₀、およびB⁰ → J/ψπ⁰の崩壊における時間依存CP非対称性は、標準模型の予測と一致するか？
• RQ4 特にK⁺K⁻K₀モードにおけるCP反対成分の割合に起因する系統的不確実性の影響は何か？
• RQ5 penguin支配的およびツリー支配的崩壊における測定されたCP非対称性は、標準模型のユニタリティトライアングルと整合的か？

主な発見

• sin 2φ₁ の統合測定結果は 0.720 ± 0.074 (統計) ± 0.026 (系) であり、標準模型の予測と整合的である。
• |λ| を自由パラメータとして許容するフィットでは |λ| = 0.950 ± 0.049 (統計) ± 0.026 (系) が得られ、1.1σの不確実性内での標準模型の仮定 |λ| = 1 の妥当性が確認された。
• B⁰ → η′K₀ では sin 2φ₁ = +0.76 ± 0.36⁺⁰·⁰⁵₋₀·⁰⁶ が得られ、純度49%、再構築イベント数299。
• B⁰ → φK₀ では sin 2φ₁ = -0.73 ± 0.64⁺⁰·¹⁸₋₀·¹⁸ が得られ、純度67%、再構築イベント数53。
• B⁰ → K⁺K⁻K₀ では sin 2φ₁ = +0.52 ± 0.46⁺⁰·²⁷₋₀·⁰³ が得られ、純度49%、再構築イベント数191。CP反対成分割合に起因する3%の不確実性を含む。
• B⁰ → J/ψπ⁰ では sin 2φ₁ = +0.93 ± 0.49⁺⁰·⁰⁸₋₀·⁰⁶ が得られ、純度86%、再構築イベント数57。これはツリー励起遷移支配の予測と整合的である。