[論文レビュー] Inclusive semileptonic decays of charm and charmed-strange mesons

D. M. Asner|arXiv (Cornell University)|Dec 21, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、$√{s} = 3.774$ GeVおよび$4.170$ GeVにおけるフルCLEO-cデータサンプルを用いて、$D^0$、$D^+$、$D^+_s$メソンの包含的半レプトン的分岐率を高精度で測定した。その結果、$Δ(D^0 \to X e^+ \nu_e) = 6.46 \pm 0.09 \pm 0.11\%$、$Δ(D^+ \to X e^+ \nu_e) = 16.13 \pm 0.10 \pm 0.29\%$、$Δ(D^+_s \to X e^+ \nu_e) = 6.52 \pm 0.39 \pm 0.15\%$が得られた。$D^+$と$D^0$の半レプトン的崩壊幅比はアイソスピン対称性と整合的であるが、$D^+_s$の比は奇妙クォークの質量効果により予想通り1から逸脱している。

ABSTRACT

We have measured the inclusive semileptonic branching fractions of $D^0$, $D^+$, and $D^+_s$ mesons. For these measurements, we have used the full CLEO-c open-charm data samples, 818 pb$^{-1}$ at $E_ ext{CM} = 3.774$ GeV, giving $D^0 \bar{D}^0$ and $D^+ D^-$ events, and 602 pb$^{-1}$ at $E_ ext{CM} = 4.170$ GeV, giving $D^{\ast \pm}_s D^\mp_s$ events. We obtain $\mathcal{B}(D^0 o X e^+ u_e) = (6.46 \pm 0.09 \pm 0.11)$%, $\mathcal{B}(D^+ o X e^+ u_e) = (16.13 \pm 0.10 \pm 0.29)$%, and $\mathcal{B}(D^+_s o X e^+ u_e) = (6.52 \pm 0.39 \pm 0.15)$%, where the first uncertainties are statistical and the second are systematic. From these and lifetimes obtained elsewhere, we obtain the ratios of semileptonic decay widths $\Gamma (D^+ o X e^+ u_e) / \Gamma (D^0 o X e^+ u_e) = 0.985 \pm 0.015 \pm 0.024$ and $\Gamma (D^+_s o X e^+ u_e) / \Gamma (D^0 o X e^+ u_e) = 0.828 \pm 0.051 \pm 0.025$. The ratio of $D^+$ and $D^0$ is consistent with the isospin symmetry prediction of unity, and the ratio of $D^+_s$ and $D^0$ differs from unity, as expected.

研究の動機と目的

• 高統計のCLEO-cデータサンプルを用いて、$D^0$、$D^+$、$D^+_s$メソンの包含的半レプトン的分岐率を測定すること。
• $D^+$と$D^0$メソンの半レプトン的崩壊率を比較することで、アイソスピン対称性の予測を検証すること。
• $D^+_s$と$D^0$メソンの半レプトン的崩壊幅比を評価すること。これは奇妙クォークの質量効果により、1から逸脱すると予想される。
• $|V_{cd}|$および$|V_{cs}|$の決定に用いるため、charmメソンの半レプトン的崩壊パラメータの精度を向上させること。

提案手法

• $\sqrt{s} = 3.774$ GeVで$D^0 \bar{D}^0$ペアが生成され、$\sqrt{s} = 4.170$ GeVで$D^{*\pm}_s D^\mp_s$ペアが生成された。
• 包含的半レプトン的崩壊は、高運動量の電子または陽電子を特定し、ニュートリノに一致するエネルギー・運動量の欠損を用いて再構成した。
• 不純物は、インバリアント質量やエネルギー制約を含む、運動学的およびトポロジカル変数を用いて抑制した。
• 系統的不確実性は、選別基準を変更し、コントロールサンプルを用いて評価した。
• 分岐率は、測定されたイベント数と既知の再構成効率を用いて抽出した。
• 崩壊幅比は、分岐率と他の実験で独立して測定された寿命から導出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $D^0 \to X e^+ \nu_e$の包含的半レプトン的分岐率は何か？
• RQ2 $D^+ \to X e^+ \nu_e$の包含的半レプトン的分岐率は何か？
• RQ3 $D^+_s \to X e^+ \nu_e$の包含的半レプトン的分岐率は何か？
• RQ4 $D^+$と$D^0$の半レプトン的崩壊幅はどのように比較できるか？また、アイソスピン対称性と整合的か？
• RQ5 $D^+_s$の半レプトン的崩壊幅は$D^0$と比べてどうか？また、奇妙クォークの質量効果により1から逸脱するか？

主な発見

• $D^0 \to X e^+ \nu_e$の包含的半レプトン的分岐率は$6.46 \pm 0.09 \pm 0.11\%$として測定された。
• $D^+ \to X e^+ \nu_e$の分岐率は$16.13 \pm 0.10 \pm 0.29\%$であり、アイソスピン対称性の予測と整合的である。
• $D^+_s \to X e^+ \nu_e$の分岐率は$6.52 \pm 0.39 \pm 0.15\%$であり、統計的サンプル数が限られているため大きな不確実性を有する。
• 半レプトン的崩壊幅比$\Gamma(D^+ \to X e^+ \nu_e) / \Gamma(D^0 \to X e^+ \nu_e)$は$0.985 \pm 0.015 \pm 0.024$であり、アイソスピン対称性の予測通り1に一致している。
• 崩壊幅比$\Gamma(D^+_s \to X e^+ \nu_e) / \Gamma(D^0 \to X e^+ \nu_e)$は$0.828 \pm 0.051 \pm 0.025$であり、奇妙クォークの質量効果により予想通り1から逸脱している。