[論文レビュー] Branching Fractions in B -> phi h and Search for Direct CP Violation in B+- -> phi K+-

The BABAR Collaboration, B. Aubert|arXiv (Cornell University)|Mar 21, 2003

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

ひとこと要約

この論文は、B A B AR実験が収集した8900万対の$B\bar{B}$ペアを用いて、レアなB中間子崩壊$B^\pm \to \phi K^\pm$および$B^0 \to \phi K^0$の分岐率の予備測定を提示している。${\cal B}(B^\pm \to \phi K^\pm) = (10.0^{+0.9}_{-0.8} \pm 0.5) \times 10^{-6}$および${\cal B}(B^0 \to \phi K^0) = (7.6^{+1.3}_{-1.2} \pm 0.5) \times 10^{-6}$が報告され、$B^\pm \to \phi \pi^\pm$の厳密な上限と、ゼロに近い直接CP不変性が得られ、非ペングンおよび新しい物理の寄与に対する強い制約が得られた。

ABSTRACT

We present preliminary measurements of branching fractions of the b -> s\bar{s}s penguin-dominated decays B+ -> phi K+ and B0 -> phi K0 in a sample of approximately 89 million BBbar pairs collected by the BaBar detector at the PEP-II asymmetric-energy B-meson Factory at SLAC. We determine BF(B+ -> phi K+) = (10.0^{+0.9}_{-0.8} (stat.) \pm 0.5 (syst.)) * 10^{-6} and BF(B^0 -> phi K0) = (7.6^{+1.3}_{-1.2} (stat.) \pm 0.5 (syst.)) * 10^{-6}. Additionally, we measure the charge asymmetry A_{CP}(B+ -> phi K+) = 0.039 \pm 0.086 (stat.) \pm 0.011 (syst.) and set an upper limit on the CKM- and color-suppressed decay B+ -> phi pi+, BF(B+ -> phi pi+) < 0.41 * 10^{-6} (90% CL).

研究の動機と目的

• より高い精度で、チャームレスペインゲン支配の$B \to \phi h$崩壊の分岐率を測定すること。
• 大規模な$B\bar{B}$サンプルを用いて、$B^\pm \to \phi K^\pm$崩壊における直接CP不変性の探索を行うこと。
• CKMおよび色抑制の崩壊$B^\pm \to \phi \pi^\pm$の厳密な上限を設定し、非ペインゲンまたは新しい物理の寄与を調べること。
• 従来の測定と比較して統計的および系貫的不確かさを低減し、新しい物理効果に対する感度を向上させること。

提案手法

• 分析は、8900万対の$B\bar{B}$ペアから得られたPEP-II非対称エネルギー$B$ファクトリーからのデータにおいて、$B \to \phi h$崩壊の再構成に最尤推定法を用いる。ここで$\phi \to K^+K^-$であり、$h$は$K^\pm$または$\pi^\pm$である。
• 信号およびバックグラウンド分布は、$m_{\rm ES}$、$\Delta E$、$m_{KK}$、$\cos\theta_H$といった主要な変数の確率密度関数（PDF）を用いてモデル化され、信号感度を向上させるために確率比カットが適用される。
• 系貫的不確かさは、PDFパラメータ、トラッキング効率、粒子識別、$K^0_S$再構成、および他の検出器関連効果の不確かさ範囲内でパラメータを変化させることで評価される。
• 直接CP不変性$\cal A_{CP}$は、$B^+$と$B^-$が$\phi K^\pm$に崩壊する際の収量の差として測定され、統計的および系貫的要因からの誤差が伝搬される。
• 90%信頼水準での$B^\pm \to \phi \pi^\pm$の上限は、正規化された尤度分布をゼロから積分することで導出され、PDFおよび再構成効率の不確かさが組み込まれる。
• 効率補正はモンテカルロシミュレーションを用いて行われ、トラック検出、PID、$K^0_S$再構成からの系統的誤差が不確かさ予算の主な寄与要因となる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 稀な崩壊$B^\pm \to \phi K^\pm$の分岐率は何か？
• RQ2 $B^0 \to \phi K^0$の分岐率は何か？
• RQ3 $B^\pm \to \phi K^\pm$に直接CP不変性の証拠はあるか？
• RQ4 CKMおよび色抑制の崩壊$B^\pm \to \phi \pi^\pm$の上限は何か？
• RQ5 測定された分岐率およびCP不変性の値は、$b \to s\bar{s}s$遷移における非ペインゲンまたは新しい物理の寄与を制約するか？

主な発見

• $B^\pm \to \phi K^\pm$の分岐率は、$(10.0^{+0.9}_{-0.8} \pm 0.5) \times 10^{-6}$として測定され、統計的および系貫的不確かさを含む。
• $B^0 \to \phi K^0$の分岐率は、$(7.6^{+1.3}_{-1.2} \pm 0.5) \times 10^{-6}$として測定され、以前の結果よりも高い精度が達成された。
• $B^\pm \to \phi K^\pm$の直接CP不変性$\cal A_{CP}$は、$0.039 \pm 0.086$（統計）$\pm 0.011$（系貫）として測定され、不確かさの範囲内でゼロに近い。
• $B^\pm \to \phi \pi^\pm$の90%信頼水準での上限は$<0.41 \times 10^{-6}$に設定され、顕著な信号は観測されなかった。
• $\cal A_{CP}$の系統的不確かさは、トラッキングおよびDIRCにおける電荷非対称性から1.0%未満であり、CP不変性測定の堅牢性が確認された。
• $B^\pm \to \phi \pi^\pm$に対する厳密な上限は、$b \to s\bar{s}s$崩壊振幅における大きな非ペインゲンまたは新しい物理の寄与を否定するものである。