[論文レビュー] BC_NPI module for the analysis of Bc -> J/psi +n pi and Bc -> B_s +n pi decays within the EvtGen package

A. Berezhnoy, А. К. Лиходед+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 5, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、EvtGenイベントジェネレータ用にBC NPIモジュールを提示し、因子化モデルを用いてBc → J/ψ + nπおよびBc → Bs + nπ（n ≤ 4）の崩壊を詳細にシミュレート可能にする。Bcは重いハドロンと仮想W∗に崩壊し、その後W∗ → nπに至る。モデルはτ → ντ + nπおよびe⁺e⁻ → 4πのデータから得た形因子と遷移パラメータを採用し、LHCのBc物理学解析に適した正確なモンテカルロ生成を可能にし、理論的予測と整合性を確認している。

ABSTRACT

The module for the generation of $B_c$ meson decays into $J/\psi + n\pi$ and $B_s^{(*)} + n\pi$ ($n\le 4$) is implemented into EvtGen program package. The decay amplitudes are calculated in the frame work of factorization model. Within this approach the decay can be represented as $B_c$ decay into $J/\psi (B_s)+W^*$ followed by the virtual $W^*$-boson decay into the final set of $\pi$-mesons. The described calculation technique allows to adopt the parameters of $W^* o n\pi$ transition from the analysis of $ au$ decay into $ u_ au+n\pi$. Comparison with available theoretical predictions is performed.

研究の動機と目的

• J/ψ + nπおよびBs + nπ最終状態への排他的Bc崩壊の高精度モンテカルロシミュレーションを可能にする。
• LHCの運動学的条件下で現実的なBc崩壊シミュレーションを実現する因子化ベースのモデルをEvtGenイベントジェネレータに実装する。
• W∗ → nπ遷移パラメータを実験的τ → ντ + nπおよびe⁺e⁻ → 4πデータから採用し、理論的精度を向上させる。
• 将来のLHC実験が分岐率、インバリアント質量スペクトル、および遷移運動量分布を分析するためのツールを提供する。

提案手法

• 崩壊振幅はBc → 重いハドロン + W∗ およびその後のW∗ → nπに分解し、弱い相互作用と強い相互作用の寄与を因子化で分離する。
• Bc → J/ψ + W∗ 遷移は、FV、FA₀、FA₊、FA₋の形因子で記述され、指数関数的フィットによりパrameter化される：Fi(q²) = Fi(0) exp(c₁q² + c₂q⁴)。
• W∗ → nπ遷移振幅は、τ → ντ + nπ（n ≤ 3）およびe⁺e⁻ → 4π過程の実験的データから導出される。
• モデルはEvtGenパッケージ内にC++モジュールとして実装され、イベント生成のためROOTおよびCLHEPとインターフェースする。
• 正規化スケールの依存性はa1(mb) = 1.4で取り入れられ、高次の補正は因子化アプローチで考慮される。
• 全運動量再構成が可能であり、トランスバース運動量カットおよびππ系のインバリアント質量スペクトルも含む。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 因子化と仮想W∗のハドロン的崩壊の既知のデータを用いて、J/ψ + nπおよびBs + nπ最終状態への排他的Bc崩壊をどのように正確にシミュレートできるか。
• RQ2 τ → ντ + nπおよびe⁺e⁻ → 4π崩壊からのパラメータを、Bc崩壊におけるW∗ → nπ遷移をモデル化するためにどれほど信頼性を持って転用できるか。
• RQ3 指数関数的フィットなどの異なる形因子パラメータ化が予測される分岐率およびインバリアント質量スペクトルに与える影響は何か。
• RQ4 実装されたモデルがBc → J/ψ + 2π崩壊の分布について理論的予測をどれほどよく再現するか。
• RQ5 EvtGenベースのシミュレーションツールは、現実のLHC条件下でのトランスバース運動量およびq²スペクトルなどの詳細な運動量分布の分析を可能にするか。

主な発見

• BC NPIモジュールは、EvtGenにBc → J/ψ + nπおよびBc → Bs + nπ（n ≤ 4）崩壊を正常に実装し、現実的な運動学的条件を伴う完全なイベントレベルのシミュレーションを可能にした。
• モデルは理論的予測と良好な一致を示し、特にBc → J/ψ + 2π崩壊におけるππ系のq²分布において、[13]の結果と統計的不確実性の範囲内で一致した。
• Bc → J/ψ + W∗の形因子パラメータは複数のセットで提供され、FV(0) = 0.11、FA₀(0) = 5.9、FA₊(0) = -0.074、FA₋(0) = 0.11、c₁ = 0.049、c₂ = 0.0015。
• Bc → Bs + nπの形因子パラメータはFV(0) = 1.08、FA₀(0) = 8.1、FA₊(0) = 0.15、FA₋(0) = 1.08、c₁ = 0.30、c₂ = 0.069。
• pT² > 5 GeV²のカットを含むトランスバース運動量分布がシミュレーションに含まれており、このような観測量はスペクトル関数形式のみでは捉えきれないことが示された。
• 実装はLHCにおける実験的解析ニーズを満たし、年間約10¹⁰個のBcイベントが予想される環境下で、分岐率および力学的ダイナミクスの高精度研究を可能にした。