[論文レビュー] Lifetime Difference and CP-Violating Phase in the B_s^0 System

I. Heredia-De La Cruz|Radboud Repository (Radboud University)|Jan 9, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 11

ひとこと要約

本論文は、CDF IIで観測された$B_s^0 \to J/\psi\phi$崩壊の時間に依存する角度分布を用いて、$B_s^0$系におけるCP対称性の破れ位相$\phi_s$の最初の直接測定を提示する。適切な崩壊長および角度分布のフィットを通じて、$\phi_s = -0.79 \pm 0.56$（統計）$^{+0.14}_{-0.01}$（系誤差）を報告し、系誤差の妥当性と不確実性の定量化を伴って、$B_s^0$混合におけるCP対称性の破れの最初の制約を与える。

ABSTRACT

From an analysis of the decay Bs -> J/psi phi we obtain the width difference between the light and heavy mass eigenstates, and the CP-violating phase.

研究の動機と目的

• 時間に依存する角度分布を用いて、$B_s^0 \to J/\psi\phi$崩壊の$B_s^0$系におけるCP対称性の破れ位相$\phi_s$を測定すること。
• $B_s^0$系における平均寿命$\overline{\tau}(B_s^0)$および幅の差$\Delta\Gamma$を決定すること。
• 検出器効果、バックグラウンドモデル、再構成アルゴリズムの影響を含めた、$\phi_s$測定への系統的誤差の影響を評価すること。
• 擬似実験およびモンテカルロシミュレーションを用いて、フィッティング手順の妥当性と信頼性を検証すること。

提案手法

• $B_s^0 \to J/\psi\phi$候補の固有の崩壊長$ct$および角度分布（軸性角および$\psi$角）に対して、最尤法によるフィットを実施する。
• 信号強化サブサンプルは、$ct/\sigma(ct) > 5$および質量窓カットを用いて選別され、信号対バックグラウンド比を向上させる。
• バックグラウンド寄与は、共鳴状態でない成分と干渉項を用いてモデル化され、集団的物理的要因および検出器効果を反映する。
• 系統的誤差は、擬似実験、受容率モデルの変更、再構成アルゴリズムの変更、バックグラウンドモデルの感度、検出器アライメントの摂動を用いて評価される。
• 完全な検出器シミュレーションと再構成プロセスをモンテカルロサンプルに適用して、手順の整合性と安定性を確認する。
• $\Delta\ln{\cal L} = 0.5$の等高線を用いて、$\Delta\Gamma$–$\phi_s$平面における68%信頼水準領域を定義し、位相決定における4重の不確実性を考慮する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $B_s^0$系におけるCP対称性の破れ位相$\phi_s$の値は何か？ これはゼロから逸脱しているか？
• RQ2 $B_s^0$メソンの平均寿命および幅の差$\Delta\Gamma$は何か？ これは標準模型の予測とどのように一致するか？
• RQ3 特に検出器効果、バックグラウンドモデル、再構成アルゴリズムからの系統的誤差が$\phi_s$測定に与える影響は何か？
• RQ4 検出器シミュレーションおよび再構成パrameterの変更に対して、フィッティング手順は頑健で安定しているか？

主な発見

• 平均$B_s^0$寿命は$\overline{\tau}(B_s^0) = 1.52 \pm 0.08$（統計）$^{+0.01}_{-0.03}$（系誤差）psとして測定された。
• 幅の差は$\Delta\Gamma = 0.12^{+0.08}_{-0.10}$（統計）$\pm 0.02$（系誤差）ps$^{-1}$と決定された。
• CP対称性の破れ位相に対する最初の直接的制約は$\phi_s = -0.79 \pm 0.56$（統計）$^{+0.14}_{-0.01}$（系誤差）であり、標準模型と整合的だが、大きな不確実性を伴う。
• 手順のテストでは、約50%の擬似実験でフィットされた$\cos(\phi_s)$が測定値未満であったため、CP対称性の破れなしと整合的であることが示された。
• バックグラウンドモデルの不確実性が$\phi_s$への系統的シフトで最大寄与を示し、中央値で$+0.14$ ps$^{-1}$のシフトをもたらした。
• $\phi_s$の総系統的不確実性は$-0.01$から$+0.14$ radであり、主にバックグラウンドモデルおよび再構成アルゴリズムの変更に起因する。