[論文レビュー] Determination of the branching fractions of $B_{s}^{0} o D_{s}^{\mp} K^{\pm}$ and $B^{0} o D_{s}^{-} K^{+}$

LHCb collaboration, R. Aaij+703 more|arXiv (Cornell University)|Dec 24, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 19被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、LHCb実験で得られた $√{s} = 7$ および $8$ TeV の陽子-陽子衝突データ 3.0 fb$^{-1}$ を用いて、$B_s^0 \to D_s^\mp K^\pm$ および $B^0 \to D_s^- K^+$ 衰えの分岐率を高精度で測定している。比 $Χ(B_s^0 \to D_s^\mp K^\pm)/Χ(B_s^0 \to D_s^- \pi^+) = 0.0752 \pm 0.0015 \pm 0.0019$ および $Χ(B^0 \to D_s^- K^+)$ は、これまでで最も精度が高く、$C\!P$ 違反と $W$-交換項の寄与を検証するための重要な入力となる。

ABSTRACT

Measurements are presented of the branching fractions of the decays $B_{s}^{0} o D_{s}^{\mp} K^{\pm}$ and $B^{0} o D_{s}^{-} K^{+}$ relative to the decays $B_{s}^{0} o D_{s}^{-} π^{+}$ and $B^{0} o D^{-} π^{+}$, respectively. The data used correspond to an integrated luminosity of 3.0 fb$^{-1}$ of proton-proton collisions. The ratios of branching fractions are $\dfrac{\mathcal{B}(B_{s}^{0} o D_{s}^{\mp} K^{\pm})}{\mathcal{B}(B_{s}^{0} o D_{s}^{-} π^{+})} = 0.0752 \pm 0.0015 \pm 0.0019$ and $\dfrac{\mathcal{B}(B^{0} o D_{s}^{-} K^{+})}{\mathcal{B}(B^{0} o D^{-} π^{+})} = 0.0129 \pm 0.0005 \pm 0.0008,$ where the uncertainties are statistical and systematic, respectively.

研究の動機と目的

• $B_s^0 \to D_s^\mp K^\pm$ と $B_s^0 \to D_s^- \pi^+$ の分岐率比を測定し、$C\!P$ 違反とCKM角 $\gamma$ を探る。
• $B^0 \to D_s^- K^+$ と $B^0 \to D^- \pi^+$ の分岐率比を測定し、$B$ 衰えにおける $W$-交換振幅の大きさを評価する。
• $B_s^0 \to D_s^\mp K^\pm$ および $B^0 \to D_s^- K^+$ の絶対的分岐率の精度を向上させ、世界平均値と比較して不確実性を低減する。
• SU(3) フレーバー対称性と $W$-交換項に基づく理論予測を検証し、特に $B_s^0$ 衰えの文脈で検討する。

提案手法

• LHCb検出器が収集した $\sqrt{s} = 7$ および $8$ TeV の陽子-陽子衝突データ 3.0 fb$^{-1}$ を用いる。
• $b$-ハドロンの崩壊に由来する二次仮想頂点を、主頂点から顕著にずれた位置にあることを特徴として、多変量アルゴリズムを用いて再構築する。
• 分岐率比は、公式 $\mathcal{B}(B_s^0 \to D_s^\mp K^\pm)/\mathcal{B}(B_s^0 \to D_s^- \pi^+) = \varepsilon_{K}/\varepsilon_{\pi} \cdot f_K/f_\pi \cdot N_K/N_\pi \cdot \mathcal{B}(D_s^\mp \to K^\pm \pi^\mp \pi^\mp)/\mathcal{B}(D_s^- \to K^+ K^- \pi^-)$ を用いて抽出する。入力分岐率は世界平均値を用いる。
• 系統的不確実性は、専用の制御サンプルと、再構築および選別基準の変更を用いて評価する。
• 絶対的分岐率は、測定された比と参照崩壊の世界平均分岐率を組み合わせることで導出する。
• 効率と受容率補正は、シミュレーションとデータ駆動型手法を用い、制御崩壊を用いた妥当性確認も行う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $B_s^0 \to D_s^\mp K^\pm$ と $B_s^0 \to D_s^- \pi^+$ の分岐率比はどれほど正確に測定され、理論的予測と一致するか？
• RQ2 $B^0 \to D_s^- K^+$ の絶対的分岐率は何か？ また、BaBar や Belle による以前の測定と比較するとどうなるか？
• RQ3 $B^0 \to D_s^- K^+$ 衰えにおける $W$-交換位相の寄与は、$B^0 \to D^- \pi^+$ と比較して分岐率が抑制されていることから、どの程度推定できるか？
• RQ4 SU(3) 対称性に基づく予測は、$B_s^0 \to D_s^\mp K^\pm$ 衰えの崩壊率を $\pi^+$ モードと比較してどの程度うまく説明できるか？
• RQ5 $C\!P$ 違反と混合干渉が、この測定によって制約される $B_s^0 \to D_s^\mp K^\pm$ 衰え振幅に及ぼす影響は何か？

主な発見

• $\mathcal{B}(B_s^0 \to D_s^\mp K^\pm)/\mathcal{B}(B_s^0 \to D_s^- \pi^+) = 0.0752 \pm 0.0015 \text{ (統計)} \pm 0.0019 \text{ (系統)}$ は、これまでで最も精度の高い測定であり、理論的予測 $0.086^{+0.009}_{-0.007}$ と整合している。
• $B_s^0 \to D_s^\mp K^\pm$ の絶対的分岐率は $(2.29 \pm 0.05 \text{ (統計)} \pm 0.06 \text{ (系統)} \pm 0.17 \text{ (分岐率)}) \times 10^{-4}$ と測定され、最後の不確実性は入力分岐率の誤差に起因する。
• $\mathcal{B}(B^0 \to D_s^- K^+)/\mathcal{B}(B^0 \to D^- \pi^+) = 0.0129 \pm 0.0005 \text{ (統計)} \pm 0.0007 \text{ (系統)} \pm 0.0004 \text{ (分岐率)}$ の比は、$W$-交換位相の抑制が期待されるように確認された。
• $B^0 \to D_s^- K^+$ の絶対的分岐率は $(3.45 \pm 0.14 \text{ (統計)} \pm 0.20 \text{ (系統)} \pm 0.20 \text{ (分岐率)}) \times 10^{-5}$ であり、これは Belle 測定値よりも3標準偏差以上大きい。
• 測定された $B_s^0 \to D_s^\mp K^\pm$ の比は、SU(3) 対称性に基づく予測と整合しており、$0.080 \pm 0.007$ の下限とも一致しており、このチャネルに顕著な新しい物理効果は見られない。
• $B_s^0 \to D_s^- \pi^+$ の分岐率測定値 $\mathcal{B} = (2.95 \pm 0.01 \text{ (統計)}) \times 10^{-3}$ は、世界平均値と整合しており、解析手法の妥当性が裏付けられた。