[論文レビュー] Extraction of the weak angle gamma from B to charm decays

Robert Fleischer, S. Ricciardi|arXiv (Cornell University)|Apr 20, 2011

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ひとこと要約

この論文は、CKM2010ワークショップの作業部会Vの要約であり、ペンギン污染や理論的不確実性を避ける木構造の振幅を用いたB→DK崩壊からのCKM角γの高精度抽出に焦点を当てている。Bファクトリーおよびハドロン衝突型加速器からの最新の実験的結果を強調し、LHCbおよび将来のe⁺e⁻施設（例：SuperB）が、B₀→DK、Bₛ→DₛK、Bₛ→Dφモードにおける時間積分および時間依存手法を用いて、γの測定不確実性を3°未満に達成する予想である。

ABSTRACT

We give a summary of the discussions in Working Group V of the CKM2010 workshop dealing with determinations of the angle gamma of the unitarity triangle of the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa matrix from B-meson decays into charmed final states.

研究の動機と目的

• B→charm崩壊におけるクリーンな木構造の位相を用いたCKM角γの測定の現状と将来の可能性を評価すること。
• D⁰–D̄⁰混合や電磁的補正などの理論的不確実性が、γの決定に与える影響を評価すること。
• Bファクトリー、CDF、LHCbの実験において、時間積分および時間依存手法の感度と精度を比較すること。
• 次世代e⁺e⁻衝突型加速器（SuperB、SuperKEKB）およびアップグレードされたLHCbのγ測定におけるサブ3°の精度の可能性を予測すること。
• charm領域での大規模データサンプルを活用して、B→DK崩壊測定の最大限の利活用を促進すること。

提案手法

• GLW、ADS、GGSZ手法を用いたB→DK崩壊における直接CP対称性の時間積分測定を用い、γを抽出する。
• B⁰→DK̄およびB⁰→DK崩壊の時間依存解析を実施し、混合状態と混合でない状態の干渉を活用して、弱位相2β + γを測定する。
• Bₛ→DₛKおよびBₛ→Dφ崩壊のアンタグ付き解析を用い、フレーバーのタグなしでγを抽出する。複数のD崩壊モードを用いてハドロン的パラメータを制約する。
• 複数の崩壊モード（例：B₀→DK、Bₛ→DₛK）の同時フィットを実施し、理論的入力を最小限に抑えてγおよびすべてのハドロン的パラメータをデータから抽出する。
• 予想される光度および検出器性能に基づき、LHCbおよび将来のe⁺e⁻衝突型加速器の統計的不確実性を予測する感度研究を実施する。
• 電磁的補正およびD⁰–D̄⁰混合効果の理論的推定値を組み込み、γの精度に与える影響を評価し、10⁻⁶レベルで無視できることが判明した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 木構造のB→DK崩壊を用いたγの測定はどの程度の精度で可能か。主な不確実性要因は何か。
• RQ2 D⁰–D̄⁰混合および電磁的補正は、B→DK崩壊からのγ決定における理論的頑健性にどの程度影響を与えるか。
• RQ3 LHCbがB₀→DKおよびBₛ→DₛKモードにおける時間積分および時間依存手法を用いてγを測定する際の期待される精度は何か。
• RQ4 アップグレードされたLHCbおよび次世代e⁺e⁻衝突型加速器（SuperB、SuperKEKB）のγ測定における感度の予測は、どのように比較できるか。
• RQ5 アンタグ付きBₛ→Dφ崩壊は、ハドロン衝突型加速器で高い統計的パワーを持つ理論フリーな方法として、γ抽出に実用的か。

主な発見

• 現在のB→DK崩壊からのγの実験的精度は統計的制限に起因しており、最高の平均結果はCKMfitterによる(71⁺²¹₋₂₅)°およびUTfitによる(73±11)°である。
• CDF共同研究グループは、ハドロン衝突型環境下でもADSおよびGLW解析の実現可能性を示し、5 fb⁻¹のデータでBファクトリーと同等の結果を得た。
• LHCbは、1 pb⁻¹未満の初期データに基づき、優れたトラッキング、PID、トリガ性能のおかげで2012年までにγの不確実性が10°未満に達する見込みである。
• 1 fb⁻¹のデータで、LHCbはアンタグ付きBₛ→Dφ手法を用いてγの統計的不確実性を約20°にまで低減でき、他の時間積分手法と同等の性能を示す。
• アップグレードされたLHCbで50 fb⁻¹、SuperBで50 ab⁻¹のデータサンプルが得られれば、複数の独立した手法を用いてγの測定不確実性が(1–3)°の範囲に達する見込みである。
• Bₛ→DₛKモードは、すべてのパラメータが複数の崩壊モードの同時フィットによりデータから抽出可能であるため、理論的入力に依存しない理論的にクリーンな木構造によるγの決定を可能にする。