[論文レビュー] Lifetimes of some $b$-flavored hadrons

S. Stone|arXiv (Cornell University)|Jun 25, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 50被引用数 8

ひとこと要約

この論文は、CDFおよびLHCb実験からのデータを用いて、$b$-フラバーhadronの寿命を更新した測定を提示している。主な対象は$B_s^0$、$ abla_b^-$、$ abla_b^0$、および$ abla_b^-$バリオンである。結果は重味クォーク拡張（HQE）フレームワークを用いて解釈され、HQEの予測と整合的であることが確認され、特に$ abla_b^0$の寿命比に関しては以前の不一致が解消された。$ abla_b^{0}$の寿命比$ abla( abla_b^{0})/ abla( abla_b^{0}) = 1.006 \pm 0.018$の高精度な測定はHQEの妥当性を支持し、理論的不確実性における非摂動的行列要素の役割を強調している。

ABSTRACT

Recent measurements of lifetimes of some $b$-flavored hadrons are presented and interpreted in the context of theoretical models, especially the Heavy Quark Expansion. Decay widths and decay width differences in the $B_s^0-\overline{B}_s^0$ system are discussed from studies of decays into the final states $J/ψK^+K^-$, $J/ψπ^+π^-$, $D_s^+D_s^-$, $K^+K^-$, and $D_s^{\pm}π^{\mp}$. Lifetime measurements of the baryons $Λ_b^0$, $Ξ_b^-$, $Ξ_b^0$, and $Ω_b^-$ are also shown.

研究の動機と目的

• ハドロンコライダーのデータからの崩壊時間分布を用いて、$B_s^0$、$\Xi_b^-$、$\Xi_b^0$、および$\Omega_b^-$の$b$-フラバーhadronの寿命を測定する。
• 特に異なる$b$-ハドロン種間の寿命比に関して、重味クォーク拡張（HQE）理論の予測を検証する。
• 検出器の受容率に起因する系統的不確実性を相殺する相対寿命法を用いることで、$\tau(\Xi_b^{0})/\tau(\Lambda_b^{0})$の精度を向上させる。
• 実験結果と理論的予測を比較することにより、HQEにおける非摂動的行列要素の役割を評価する。

提案手法

• $B_s^0 \to J/\psi \, K^+K^-$、$J/\psi \, \pi^+\pi^-$、および他の最終状態の崩壊時間分布のフィッティングにより寿命測定が行われ、混合および$\Delta\Gamma_s$効果を考慮する。
• 崩壊時間分布は$B_s^0$-$\bar{B}_s^0$混合のため、二つの指数関数の和としてモデル化され、$\Gamma_s$、$\Delta\Gamma_s$、および$\mathcal{A}_{\Delta\Gamma}$のパラメータはフィットから導出される。
• $\Xi_b^0$および$\Lambda_b^0$については、$\Xi_b^0 \to \Xi_c^+ \pi^-$および$\Lambda_b^0 \to \Lambda_c^+ \pi^-$の崩壊における時間チャンクごとの生成率比を用いて相対寿命比を測定し、モンテカルロシミュレーションを用いて検出器効率を補正する。
• 検出器受容率に起因する系統的不確実性を最小限に抑えるために、正確に知られている$\tau(\Lambda_b^{0}) = 1.468 \pm 0.009$ psを用いて$\tau(\Xi_b^0)$を抽出する。
• 理論的予測との比較にはHQEが用いられ、寿命比が非摂動的行列要素に依存することを示し、不確実性の主な要因は未知の行列要素である。
• CDFおよびLHCbの結果を統合し、統計的および系統的不確実性を適切に伝搬させ、重み付き平均を用いて精度を向上させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 測定された$B_s^0$、$\Xi_b^-$、$\Xi_b^0$、および$\Omega_b^-$バリオンの寿命は、重味クォーク拡張（HQE）の予測とどのように一致するか？
• RQ2 相対寿命比$\tau(\Xi_b^{0})/\tau(\Lambda_b^{0})$の正確な値は何か？ これはHQEおよび非摂動的行列要素をどのように制限するか？
• RQ3 $B_s^0$の崩壊時間分布は、$\Delta\Gamma_s$および$\mathcal{A}_{\Delta\Gamma}$の影響により、単一の指数関数からどれほどずれるか？ これらのパラメータはどのように抽出されるか？
• RQ4 なぜ$\tau(B^-)/\tau(\bar{B}_d^0)$の比は1より大きいのか？ これはHQEフレームワークにおけるパウリの排他原理干渉効果でどのように説明されるか？
• RQ5 検出器受容率効果を相殺する相対寿命法を用いることで、$\tau(\Xi_b^{0})/\tau(\Lambda_b^{0})$比を高精度に測定できるか？

主な発見

• $\Xi_b^0$の寿命は$\tau(\Xi_b^{0}) = 1.477 \pm 0.026 \pm 0.014 \pm 0.013$ psと測定され、最後の不確実性は$\tau(\Lambda_b^{0})$の精度に起因する。
• 比$\tau(\Xi_b^{0})/\tau(\Lambda_b^{0}) = 1.006 \pm 0.018 \pm 0.010$はHQEの予測と整合的であり、以前の測定を改善した。
• $\Omega_b^-$の寿命は$1.57 \pm 0.21$ psと測定され、CDFおよびLHCbの結果の平均と整合的である。
• $\Xi_b^-$の寿命は$1.47 \pm 0.08$ psと測定され、HQEの期待値と良好に一致している。
• $\tau(B^-)/\tau(\bar{B}_d^0)$比はわずかに1より大きいことが判明し、これはHQEフレームワークにおけるパウリの排他原理干渉効果によって説明される。
• $B_s^0$の寿命および$\Delta\Gamma_s$は、複数の崩壊モードを用いて制約され、$\tau(\bar{B}_s^0)$はHQEと整合的であり、クリーンな崩壊モードの平均により、より高い精度が期待される。