[論文レビュー] Charm Mixing and Lifetimes at Babar

A. Pompili|ArXiv.org|May 21, 2002

Historical Astronomy and Related Studies被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、PEP-IIにおけるBaBar実験の57.8 fb$^{-1}$のデータを用いて、charm混合パラメータ $ y = \Delta\Gamma/2\Gamma $ の予備的測定を提示する。CP保存の仮定の下で、Cabibbo有利（$ K^- less 1.0\text{ (stat.)} \pm^{0.6}_{-0.7}\text{ (syst.)}\% $ であり、ゼロに一致するが、以前の測定で除外されない正の値を示唆している。

ABSTRACT

Preliminary limits on the D^0 mixing parameter y = ΔΓ/ 2 Γare obtained using about 57.8 fb^-1 of data collected by BaBar in 2000 and 2001:y = (1.4 \pm 1.0 (stat.) +0.6 -0.7 (syst.))%. y is extracted, provided that CP is conserved, by measuring separately the D^0 lifetime for the Cabibbo-suppressed decay modes K- K+, π- π+ and the Cabibbo-favoured mode K- π+. Backgrounds are suppressed by D*-tag and particle identification requirements.

研究の動機と目的

• Cabibbo有利およびCabibbo抑制された崩壊モード間の時間に依存する寿命差を用いて、$ D^0 $混合パララメータ $ y = \Delta\Gamma/2\Gamma $ を測定すること。
• 最終状態相互作用や新しい物理的寄与によって引き起こされる可能性のある、増大した $ y $ を通じて、標準模型を超える物理をテストすること。
• 共通の検出器効果を相殺する寿命比技術を活用することで、$ y $ の系統的不確実性を低減すること。
• BaBar実験の高統計的 $ c\bar{c} $連続的サンプルを用いて、$ y $ の高精度測定を提供すること。

提案手法

• 飛行長さを横断面で測定することで、$ D^{*+} \to D^0 \pi_s^+ $ タギングを用いて $ D^0 \to h^+h^- $ 宿主を再構築し、適切な時間を決定する。
• 厳密な粒子識別（DIRC、SVT、DCH）と $ \delta m = m(D^{*+}) - m(D^0) $ 選択を適用し、組み合わせ的バックグラウンドを抑制する。
• 未固定の最尤度フィットを適切な時間分布に適用し、各崩壊モードの $ \tau(D^0) $ を抽出する。バックグラウンドはサイドバンドでモデル化する。
• CP保存を仮定した下で、$ y_{\text{CP}} $ の代理として、寿命比 $ \tau(K^-\pi^+)/\tau(h^-h^+) - 1 $ を計算する。
• 大規模なシミュレートされたサンプルを用いて、トラッキング、PID、頂点決定、アライメント、モンテカルロ統計の変化による系統的不確実性を推定する。
• ビームスポット制約を適用し、ビームスポットを用いて $ D^* $ 崩壊頂点を再フィットすることで、$ \delta m $ 解像度を向上させ、バックグラウンドを低減する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現在の実験的限界としてのcharm混合パラメータ $ y = \Delta\Gamma/2\Gamma $ は何か？ また、標準模型の予測と比較するとどうなるか？
• RQ2 Cabibbo有利およびCabibbo抑制された $ D^0 $ 崩壊の寿命差を用いて、$ y $ を高精度に抽出できるか？
• RQ3 検出器関連の系統的不確実性は $ y $ 測定にどの程度影響を及ぼし、比技術によって緩和可能か？
• RQ4 非ゼロの $ y $ の証拠は存在するか？ もし存在するならば、それは標準模型を超える物理を示唆するか？

主な発見

• $ K^-K^+ $ モードの測定値は $ 1.5 \pm 1.3\text{ (stat.)} \pm^{0.6}_{-0.7}\text{ (syst.)}\% $ であり、誤差の範囲でゼロと一致する。
• $ \pi^-\pi^+ $ モードでは $ y = 1.0 \pm 1.7\text{ (stat.)} \pm^{1.2}_{-1.4}\text{ (syst.)}\% $ であり、イベント数が少ないため統計的不確実性が大きい。
• 両方のCabibbo抑制モードからの平均 $ y $ 値は $ 1.4 \pm 1.0\text{ (stat.)} \pm^{0.6}_{-0.7}\text{ (syst.)}\% $ であり、ゼロからの正の非有意なずれを示している。
• 系統的不確実性は主にモンテカルロ統計に起因し、特に $ \pi\pi $ ではトラッキングとPIDが顕著に寄与している。
• 結果はBELLEおよびFOCUSによる以前の測定と一致しており、$ y $ パrameterにおいて顕著なCP対称性の破れは観測されていない。
• 本分析は、寿命比技術が系統的効果を低減することを示しており、将来的な高精度測定において $ y $ が頑健な観測量であることを示している。