[論文レビュー] Measurement of B meson production fraction ratios in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV using open-charm and charmonium decays

CMS Collaboration|arXiv (Cornell University)|Feb 10, 2026

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ひとこと要約

この論文は、オープンチャームおよびチャルモニウム崩壊チャネルを用いて13 TeVのプロトン-プロトン衝突でのB介素生産分率比の測定（ f_s/f_u, f_s/f_d および関連観測量を含む）を報告します。

ABSTRACT

Production fraction ratios of B$^+$, B$^0$, and B$^0_\mathrm{s}$ mesons are measured in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV using a special data set recorded in 2018 with high-rate triggers designed to collect an unbiased sample of $10^{10}$ b hadrons with the CMS experiment at the LHC. These data allow the use of the open-charm decays of B mesons (B$_\mathrm{(s)}$ $ o$ $π$D$_\mathrm{(s)}$) where the D meson decays into fully hadronic final states. Production fraction ratios as functions of B meson transverse momentum ($p_\mathrm{T}$) and rapidity ($y$) are measured using the open-charm decays in the kinematic range of 8 $\lt$ $p_\mathrm{T}$ $\lt$ 60 GeV and $\lvert y vert$ $\lt$ 2.25. In addition, the same data are used to measure the relative production fraction ratios with the charmonium decay channels (B$_\mathrm{(s)}$ $ o$ X$\,$J/$ψ$ with X indicating a K$^+$, K$^*$(892)$^0$, or $ϕ$(1020) meson) with the J/$ψ$ meson decaying into a pair of muons. By utilizing known branching fractions, precision theoretical calculations, and the open-charm results, the production fraction ratios in the charmonium samples are determined with an absolute normalization for the first time. These results also improve several world-average values of the ratios of branching fractions of B meson decays to charmonium and open-charm states. Finally, we test isospin invariance in B meson production in proton-proton collisions and observe that it holds within the experimental precision.

研究の動機と目的

• B介素の断片化分数を決定する必要性を動機づけ、LHC pp衝突における charm および bottom ハドロン生産理解を向上させる。
• 生産分率比 f_s/f_u, f_s/f_d および関連観測量を決定し、ハドリゼーションモデルを制約する。
• 複数の崩壊チャネルを用いて高精度の測定を達成し、オープンチャームとチャルモニウム探査の整合性を横断的に検証する。
• 可能な範囲で測定比の絶対正規化を提供する。

提案手法

• オープンチャームおよびチャルモニウム崩壊チャネルを、B_s, B_u, B_d の生産分率の探針として用いる。
• 中心質量エネルギー11 TeV の衝突データを分析して fragmentation fractions を抽出する。
• 複数チャネルの情報を組み合わせて、f_s/f_u, f_s/f_d, R_s および R_s^d の比とその絶対正規化を形成・正規化する。
• 各測定に使用したチャネルと、それぞれがオープンチャームまたはチャルモニウム探査を含むかを報告する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 13 TeV における測定された生産分率比 f_s/f_u, f_s/f_d とその不確かさは何か。
• RQ2 データから導出される R_s および R_s^d の値は何で、チャネル間でどう比較されるか。
• RQ3 オープンチャームとチャルモニウム崩壊探査は B 介素の断片化分数の決定にどのように補完的か。
• RQ4 測定比の絶対正規化はどの程度達成可能で、どう決定されるのか。
• RQ5 異なる崩壊チャネルと探査間で結果は一貫しているか。

主な発見

• 本研究は B 介素生産分率比 f_s/f_u および f_s/f_d の測定を報告する。
• 統合チャネルを用いて観測量 R_s および R_s^d（およびその正規化）を決定する。
• オープンチャームおよびチャルモニウム探査を用いて断片化分率を抽出する。
• 論文は各測定に寄与する崩壊チャネルと、それらを正規化のためにどう組み合わせたかを要約する。