[論文レビュー] Effective Lifetimes of $B_s$ Decays and their Constraints on the $B_s^0$-$\bar B_s^0$ Mixing Parameters

Robert Fleischer, Robert Knegjens|arXiv (Cornell University)|Sep 23, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 23被引用数 19

ひとこと要約

本稿では、CP対称性が偶数および奇数の最終状態への$B_s^0$崩壊の有効寿命に依存する非線形性を活用し、未タグ付き崩壊率解析において$B_s^0$-$\bar{B}_s^0$混合パラメータ$\phi_s$と$\Delta\Gamma_s$を制約する新規手法を提案する。この手法は$\phi_s$--$\Delta\Gamma_s$平面において補足的な制約を提供し、ハドロン的不確実性に対して頑健である。現在のデータは、標準模型のQCD予測を上回る$\Delta\Gamma_s$を支持している。

ABSTRACT

Measurements of the effective lifetimes of $B_s$-meson decays, which only require untagged rate analyses, allow us to probe the width difference $ΔΓ_s$ and the CP-violating phase $ϕ_s$ of $B^0_s$-$\bar B^0_s$ mixing. We point out that the dependence of the effective lifetime on non-linear terms in $ΔΓ_s$ allows for a determination of $ϕ_s$ and $ΔΓ_s$ given a pair of $B_s$ decays into CP-even and CP-odd final states. Using recent lifetime measurements of $B^0_s o K^+K^-$ and $B^0_s o J/ψf_0(980)$ decays, we illustrate this method and show how it complements the constraints in the $ϕ_s$-$ΔΓ_s$ plane from other observables.

研究の動機と目的

• 有効寿命測定を用いて、実験的に有利な新しい方法で$B_s^0$-$\bar{B}_s^0$混合パラメータを探索すること。
• 有効寿命が$B_s \to K^+K^-$（CP対称性が偶数）および$B_s \to J/\psi f_0(980)$（CP対称性が奇数）の崩壊において、タグ付き解析を用いずに$\phi_s$と$\Delta\Gamma_s$を決定できることを示すこと。
• 実験的データを用いて、この手法がハドロン的不確実性に対してどの程度頑健であるかを評価すること。
• 既存の有効寿命測定から得られる$\phi_s$--$\Delta\Gamma_s$の制約の現在の水準を評価し、1%の精度を持つ有効寿命測定による将来の改善を予測すること。

提案手法

• 本手法は、$B_s \to f$崩壊の未タグ付き崩壊率解析に基づく。時間依存率は、軽いおよび重い質量固有状態に対応する2つの指数関数の和として表される。
• 有効寿命$\tau_f$は、未タグ付き率の一次モーメントから導出され、パラメータ$y_s = \Delta\Gamma_s / (2\Gamma_s)$を介して$\Delta\Gamma_s$の非線形項を含む。
• 比$\mathcal{A}^{f}_{\Delta\Gamma} = (R_H^f - R_L^f)/(R_H^f + R_L^f)$は、最終状態のCP対称性が偶数または奇数であるかを符号化し、有効寿命式に非線形的に関与する。
• CP対称性が偶数の最終状態（$K^+K^-$）およびCP対称性が奇数の最終状態（$J/\psi f_0$）の両方の$\tau_f$を測定することで、$\phi_s$と$\Delta\Gamma_s$が決定される。
• ハドロン的不確実性は、$B_s \to J/\psi \bar{K}^{*0}$および$B_d^0 \to J/\psi \rho^0$など、類似したダイナミクスを示す関連する崩壊と比較することで制御される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CP対称性が偶数および奇数の最終状態への$B_s$崩壊の有効寿命を用いて、タグ付き解析を用いずに$\phi_s$と$\Delta\Gamma_s$を決定できるか？
• RQ2 有効寿命測定による$\phi_s$と$\Delta\Gamma_s$の制約は、ハドロン的不確実性に対してどの程度頑健か？
• RQ3 既存の$B_s \to K^+K^-$および$B_s \to J/\psi f_0$の有効寿命データから、$\phi_s$--$\Delta\Gamma_s$平面における現在の制約水準はどの程度か？
• RQ4 1%の精度を持つ有効寿命測定は、$\phi_s$と$\Delta\Gamma_s$の制約をどの程度改善するか？

主な発見

• 現在の$B_s \to K^+K^-$および$B_s \to J/\psi f_0$の有効寿命測定は、$\phi_s$--$\Delta\Gamma_s$平面において、テバトロンの結果と整合的であるが、最近のLHCbデータとは矛盾する。
• 現在のデータは、標準模型のQCD予測を上回る$\Delta\Gamma_s$の値を示唆しており、標準模型計算における長距離ハドロン的寄与の完全性に疑問を呈している。
• 1%の精度を持つ有効寿命測定は、$\phi_s$と$\Delta\Gamma_s$の制約を顕著に強化し、混合パラメータの高精度決定を可能にする。
• CP対称性が偶数および奇数の最終状態の有効寿命が標準模型の値に近づくと、この手法は$\phi_s$に対する感度を失うが、$\Delta\Gamma_s$は依然として高精度で決定可能である。
• この手法は、特に$B_s \to J/\psi \bar{K}^{*0}$および$B_d^0 \to J/\psi \rho^0$などの制御チャネルを組み合わせることで、ハドロン的不確実性に対して非常に頑健である。