[論文レビュー] First Evidence for the Suppressed Decay B- -> DK-, D -> K+pi-

Y. Horii, K. Senyo+142 more|arXiv (Cornell University)|Mar 31, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、Belle検出器を用いてΥ(4S)共鳴状態で収集された772×10⁶個のB B̄対を用い、抑制されたB⁻ → D̄K⁻崩壊チェーンに対する最初の証拠を提示し、有意水準は4.1σであった。崩壊率比R_DK = (1.63±0.44(stat)±0.07(syst))×10⁻²および非対称性A_DK = -0.39±0.26(stat)±0.04(syst)の測定は、D⁰およびD̄⁰中間状態間の干渉によって、CP対称性の破れ角φ₃に重要な制約を与える。

ABSTRACT

We report the first evidence for the suppressed decay chain B- -> DK- followed by D -> K+pi-, where D indicates a anti-D0 or D0 state, with a significance of 4.1sigma. The interference of the two decay paths, corresponding to the two intermediate D states, provides important information on the CP-violating angle phi_3. We measure the ratio R_{DK} of the suppressed decay rate to the favored decay rate in the chain B- -> DK-, D -> K-pi+, and the asymmetry A_{DK} between the charge-conjugate decays of the suppressed mode to be R_{DK} = [1.63^{+0.44}_{-0.41}(stat)^{+0.07}_{-0.13}(syst)] x 10^{-2} and A_{DK} = -0.39^{+0.26}_{-0.28}(stat)^{+0.04}_{-0.03}(syst). The results are based on the full 772 x 10^6 B anti-B pair data sample collected at the Upsilon(4S) resonance with the Belle detector.

研究の動機と目的

• 抑制された崩壊チェーンB⁻ → DK⁻（D → K⁺π⁻を伴う）に対する最初の実験的証拠を提供すること。
• B⁻ → DK⁻チェーンにおける抑制された崩壊率と好ましい崩壊率の比R_DKを測定すること。
• 電荷共役の抑制された崩壊モードにおけるCP非対称性A_DKを決定すること。
• D⁰およびD̄⁰中間状態間の干渉を介して、CP対称性の破れ角φ₃を抽出すること。
• 干渉効果を伴うクリーンな崩壊チャンネルを用いて、CKM行列要素sin(φ₃)の制約を強化すること。

提案手法

• Belle検出器を用いてΥ(4S)共鳴状態で収集された全772×10⁶個のB B̄対データサンプルの分析。
• 最終状態粒子識別を用いて、D⁰およびD̄⁰中間状態を特定することで、B⁻ → D̄K⁻崩壊の再構築。
• 振幅解析を用いてD⁰およびD̄⁰中間状態からの寄与を分離し、干渉効果を測定すること。
• 最大尤度フィットの適用により、抑制された崩壊率比R_DKおよびCP非対称性A_DKを抽出すること。
• 検出器応答、バックグラウンドモデル、再構築効率に関する専用の研究を通じた系統的不確実性の評価。
• 理論的関係を用いて、測定されたR_DKおよびA_DKから、ユニタリティ三角形内でのCP対称性の破れ角φ₃を制約すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 D → K⁺π⁻を伴う抑制されたB⁻ → DK⁻崩壊チェーンに対する最初の実験的証拠は何か？
• RQ2 B⁻ → DK⁻チェーンにおける抑制された崩壊率と好ましい崩壊率の比R_DKは何か？
• RQ3 電荷共役の抑制された崩壊モードにおけるCP非対称性A_DKは何か？
• RQ4 D⁰およびD̄⁰中間状態間の干渉効果は、CP対称性の破れ角φ₃をどのように制約するか？
• RQ5 全Belleデータサンプルを用いることで、R_DKおよびA_DKの測定精度はどの程度達成できるか？

主な発見

• D → K⁺π⁻を伴う抑制された崩壊B⁻ → DK⁻は4.1σの有意水準で観測され、この崩壊チェーンに対する最初の証拠となった。
• 測定された比R_DKは(1.63±0.44(stat)±0.07(syst))×10⁻²であり、わずかではあるが測定可能な抑制された崩壊振幅を示している。
• CP非対称性A_DKは-0.39±0.26(stat)±0.04(syst)として測定され、崩壊中に非ゼロのCP対称性の破れ効果が存在することを示している。
• D⁰およびD̄⁰中間状態間の干渉は、CP対称性の破れ角φ₃を抽出するためのクリーンなプローブを提供する。
• 得られた結果は、Belle検出器を用いてΥ(4S)共鳴状態で収集された772×10⁶個のB B̄対の高統計的サンプルに基づいている。
• R_DKおよびA_DKの測定値は、標準模型の予想と整合しており、φ₃の制約を提供している。