[論文レビュー] First Observation of CP Violation in B0->D(*)CP h0 Decays by a Combined Time-Dependent Analysis of BaBar and Belle Data

The BaBar, Belle Collaborations+473 more|arXiv (Cornell University)|May 15, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、B⁰ → D(*)_{CP}h⁰ 衰えにおいて、初めて混合誘発CP対称性破れを観測した。これは、Υ(4S)共鳴状態で得られた合計1 ab⁻¹以上の統合光度を持つBaBarおよびBelleデータの時間に依存する統合解析によって達成された。測定結果は、sin(2β) = 0.66 ± 0.10 (統計) ± 0.06 (系誤差) であり、CP対称性破れなしの仮説は5.4σの有意水準で除外され、世界平均および他のB⁰ → b→s ピューゲン衰えと誤差の範囲内で一致している。

ABSTRACT

We report a measurement of the time-dependent CP asymmetry of B0->D(*)CP h0 decays, where the light neutral hadron h0 is a pi0, eta or omega meson, and the neutral D meson is reconstructed in the CP eigenstates K+ K-, K0S pi0 or K0S omega. The measurement is performed combining the final data samples collected at the Y(4S) resonance by the BaBar and Belle experiments at the asymmetric-energy B factories PEP-II at SLAC and KEKB at KEK, respectively. The data samples contain ( 471 +/- 3 ) x 10^6 BB pairs recorded by the BaBar detector and ( 772 +/- 11 ) x 10^6, BB pairs recorded by the Belle detector. We measure the CP asymmetry parameters -eta_f S = +0.66 +/- 0.10 (stat.) +/- 0.06 (syst.) and C = -0.02 +/- 0.07 (stat.) +/- 0.03 (syst.). These results correspond to the first observation of CP violation in B0->D(*)CP h0 decays. The hypothesis of no mixing-induced CP violation is excluded in these decays at the level of 5.4 standard deviations.

研究の動機と目的

• BaBarおよびBelleデータの統合解析を用いて、B⁰ → D(*)_{CP}h⁰ 衰えにおける初めての混合誘発CP対称性破れの観測を確立すること。
• B⁰ → D(*)_{CP}h⁰ 衰えモードにおけるCP対称性破れパラメータsin(2β)を高精度で測定すること。
• CKMに利するD⁰ → K⁻π⁺ 衰えモードを用いた高統計の制御サンプルB⁰ → D⁰h⁰ を用いて測定を検証すること。
• 実験、衰えモード、CP固有状態の間で結果をクロスチェックし、一貫性と頑健性を確認すること。
• 統合データから中性B⁰メソンの平均寿命を測定し、世界平均と一致することを確認すること。

提案手法

• BaBarおよびBelleのデータセットに対して、同時に時間に依存するアモルファ分析を実施し、Υ(4S)共鳴状態で得られた1 ab⁻¹以上のデータを統合した。
• B⁰およびB̄⁰メソンの崩壊時間分布を用いて、CP対称性破れパラメータSおよびCを抽出し、Sは混合誘発CP対称性破れに敏感である。
• 信号およびバックグラウンド成分は、崩壊時間(Δt)、頂点再構成、フレーバータグ効率の確率密度関数(PDF)を用いてモデル化された。
• 系統的誤差は、頂点再構成、Δt分解能、バックグラウンドPDF、信号純度、フレーバータグ、およびフィットバイアスの可能性に関する専用の研究を通じて評価された。
• 分析フレームワークの検証および直接CP対称性破れの有無の確認のため、D⁰ → K⁻π⁺ を用いたB⁰ → D⁰h⁰ の制御サンプルが使用された。
• CP対称性破れの有意水準は、系統的誤差を含む尤度比検定により計算された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 B⁰ → D(*)_{CP}h⁰ 衰えにおいて、混合誘発CP対称性破れの証拠はあるか？
• RQ2 B⁰ → D(*)_{CP}h⁰ 衰えモードにおけるsin(2β)の正確な値は何か？ これは標準模型の予測とどう異なるか？
• RQ3 制御サンプルB⁰ → D⁰h⁰ (D⁰ → K⁻π⁺) におけるsin(2β)の測定値は、予想どおりに顕著なCP対称性破れを示さないか？
• RQ4 BaBarおよびBelleの独立したデータセット、およびCP固有状態（CP偶数対CP奇数）の間で、結果は一貫しているか？
• RQ5 統合解析から測定された中性B⁰メソンの平均寿命は何か？ これは世界平均と一致するか？

主な発見

• 本分析では、B⁰ → D(*)_{CP}h⁰ 衰えにおいて、5.4標準偏差の有意水準で混合誘発CP対称性破れが観測された。CP対称性破れなしの仮説は1 − 6.6 × 10⁻⁸の信頼水準で除外された。
• 測定されたsin(2β)の値は0.66 ± 0.10（統計）± 0.06（系統誤差）であり、世界平均の0.68 ± 0.02と誤差の範囲内で一致している。
• 制御サンプルB⁰ → D⁰h⁰ (D⁰ → K⁻π⁺) の結果は、予想どおり顕著な直接CP対称性破れを示さなかった。
• 中性B⁰メソンの平均寿命は、主サンプルから1.518 ± 0.026 ps、制御サンプルから1.520 ± 0.064 psと測定され、世界平均の1.519 ± 0.005 psと一致した。
• 実験別（BaBar: 0.52 ± 0.15、Belle: 0.83 ± 0.15）およびCP固有状態別（CP偶数: 0.52 ± 0.15、CP奇数: 0.80 ± 0.15）の別個測定値は、統合結果と一貫していた。
• 衰えモードおよび実験ごとの分離による複数のクロスチェックを通じて、分析が検証され、すべての結果が一貫していた。