[論文レビュー] Determination of the angle gamma using multibody D decays in B+- ---> DK+-

A. Giri, Yuval Grossman+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 1, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 8被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、B± → DK± からの崩壊に続く多体系的D → K₀Sπ⁻π⁺崩壊を用いて、CKM角γを理論的モデルに依存せずに決定する手法を提示する。D崩壊における共鳴構造を活用して顕著で測定可能な強い位相を生成することで、ハドロン的不確かさを回避し、Cabibbo抑制されたD崩壊に依存することなく、最小限の理論的仮定でダリーツ・プロット解析によるγ抽出が可能になる。この手法はO(rB)の感度を達成し、rB ≈ 0.1–0.2の範囲にあり、共鳴フィットからの位相情報によって曇りを解消する。

ABSTRACT

We describe a method for determining gamma using B^+- -> D K^+- decays followed by a multibody D decay. In the talk we focus on K_S pi^- pi^+ final state, but other modes such as D -> K_S K^- K^+ and D -> K_S pi^- pi^+ pi^0 can also be used. The main advantages of the method are that it uses only Cabibbo allowed D decays, and that large strong phases are expected due to the presence of resonances. Since no knowledge about the resonance structure is needed, gamma can be extracted without any hadronic uncertainty.

研究の動機と目的

• ペングイン・ダイアグラムやCabibbo抑制されたD崩壊に依存しない理論的に明確なγ角測定手法の開発。
• カラーレンダリング抑制されたB⁻ → D⁰K⁻振幅の測定という実験的課題を、共鳴的な位相空間構造を持つ多体系的D崩壊を用いることで克服すること。
• 事前知識としての共鳴パラメータが不要な、B± → DK± → (K₀Sπ⁻π⁺)K±のダリーツ・プロット解析によるγ抽出を可能にすること。
• Cabibbo許可されたD崩壊のみを用い、共鳴から生じる大きな強い位相を活用することで理論的不確かさを低減すること。
• モデルに依存しないとモデルに依存する両方のγ決定法を可能にするフレームワークを提供し、曇りの解消戦略を含む。

提案手法

• B± → DK± → (K₀Sπ⁻π⁺)K± の段階的崩壊を用い、D中間子が共鳴を含む三体最終状態に崩壊する。
• B± → D⁰K± および B± → D⁰K± の振幅を相対位相γを含めて定義し、強い位相δBおよびD中間子崩壊位相δ12,13を組み込む。
• 部分的崩壊幅の縮約形を|AD|²、rB、δBおよびe^(i(δB−γ))を含む干渉項で表現し、ダリーツ・プロットデータからγを抽出可能にする。
• 位相空間積分を用いて定義される観測量Γ̂±iを用いたモデルに依存しない解析を適用し、CP違反およびγに感受する。
• D崩壊振幅をブレイト・ウィンナー共鳴と非共鳴項の和にフィットするモデルに依存するアプローチを導入し、位相および振幅の制約を可能にする。
• 振幅の対称性を用いて四重の離散的曇り（PπおよびP−）を特定し、sinδBまたはcosδBの符号を測定するか、部分ダリーツ・プロットへの共鳴フィットにより曇りを解消可能である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 B± → DK± からの崩壊に続く多体系的D → K₀Sπ⁻π⁺崩壊において、共鳴モデルに依存せずにγを抽出できるか？
• RQ2 D崩壊における共鳴から生じる大きな強い位相が、rBの小さな抑制にもかかわらず、γ抽出に十分な感度を提供できるか？
• RQ3 ブレイト・ウィンナー形式へのフィットなしに、ダリーツ・プロットの位相空間積分のみを用いて、モデルに依存しないγの決定が可能か？
• RQ4 実験的情報により、γ抽出における四重の離散的曇りをどのように解消できるか？
• RQ5 本手法は、D → K₀SK⁻K⁺ や D → K₀Sπ⁻π⁺π⁰ などの他の多体系的D崩壊モードへも拡張可能か？

主な発見

• 本手法により、Cabibbo許可されたD崩壊とダリーツ・プロット解析のみを用いて、理論的ハドロン的不確かさなしにγのモデルに依存しない決定が可能である。
• D⁰ → K₀Sπ⁻π⁺崩壊における共鳴（例：ρ⁰、K*⁻(892)）からの大きな強い位相が、ダリーツ・プロット全体にわたる位相変化を提供し、γの抽出に十分である。
• 抽出感度はO(rB)であり、rB ≈ 0.1–0.2の範囲にあり、理論的期待と整合的であり、小さな振幅比にもかかわらず手法は有効である。
• γの四重の離散的曇りは、sinδBまたはcosδBの符号を測定するか、部分ダリーツ・プロットへの共鳴フィットにより解消可能である。
• 本手法は、D → K₀SK⁻K⁺、D → K₀Sπ⁻π⁺π⁰、D → K⁻K⁺π⁰ などの他のD崩壊モードへも、形式のわずかな修正で拡張可能である。
• 完全なγ抽出の前段階として、このモードで直接CP違反を観測可能である。ダリーツ・プロットの干渉項はsinγおよび大きな強い位相に依存するため。