[論文レビュー] Measurement of branching-fraction ratios and $CP$ asymmetries in $B^{\pm} o D_{CP\pm}K^{\pm}$ decays at Belle and Belle II

Belle, The, Collaborations, Belle II+428 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、B± → DCP±K±崩壊におけるCP非対称性および分岐比の比を、BelleおよびBelle IIのデータを統合して測定し、CKM角ϕ3の新たな制約を提供する。結果としてACP+ = (+12.5 ± 5.8 ± 1.4)%およびACP− = (−16.7 ± 5.7 ± 0.6)%が得られ、その差は3.5σの有意性を示し、ϕ3の68.3%信頼区間および強相関比rBの範囲が得られた。

ABSTRACT

We report results from a study of $B^\pm ightarrow DK^\pm$ decays followed by $D$ decaying to $CP$~eigenstates, where $D$ indicates a $D^0$ or $\bar{D}^{0}$ meson. These decays are sensitive to the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa unitarity-triangle angle $\phi_{3}$. The results are based on a combined analysis of the final data set of $772 imes 10^6~B\bar{B}$ pairs collected by the Belle experiment and a data set of $198 imes 10^6~B\bar{B}$ pairs collected by the Belle~II experiment, both in electron-positron collisions at the $\Upsilon(4S)$ resonance. We measure the $CP$ asymmetries to be $\mathcal{ A}_{CP +} =~(+12.5 \pm 5.8 \pm 1.4)\% $ and $\mathcal{ A}_{CP -} =~(-16.7 \pm 5.7 \pm 0.6)\%$, and the ratios of branching fractions to be $\mathcal{ R}_{CP+}=~1.164 \pm 0.081 \pm 0.036 $ and $\mathcal{ R}_{CP-} =~1.151 \pm 0.074 \pm 0.019$. The first contribution to the uncertainties is statistical, and the second is systematic. The asymmetries $\mathcal{A}_{CP +}$ and $\mathcal{A}_{CP -}$ have similar magnitudes and opposite signs; their difference corresponds to 3.5~standard deviations. From these values we calculate 68.3% confidence intervals of ($8.5^{\circ}<\phi_{3}<16.5^{\circ}$) or ($84.5^{\circ}<\phi_{3}<95.5^{\circ}$) or ($163.3^{\circ}<\phi_{3}<171.5^{\circ}$) and $0.321

研究の動機と目的

• B± → DCP±K±崩壊におけるCP非対称性および分岐比の比を測定し、CKM角ϕ3を調査すること。
• BelleおよびBelle II実験のデータを統合することで、ϕ3の制約を強化すること。
• 両実験の高統計的B̄B対を活用して、ϕ3の決定における不確実性を低減すること。
• D中間子のCP固有状態を含むB中間子崩壊における標準模型の整合性を検証すること。
• ACP±およびRCP±の測定値を、統計的および系統的不確実性を含めて高精度に得ること。

提案手法

• Υ(4S)共鳴域で取得したBelleの772 × 10⁶個のB̄B対とBelle IIの198 × 10⁶個のB̄B対を統合する。
• D中間子がKπ、K̄πなどCP固有状態に崩壊するB± → DCP±K±崩壊を再構築する。
• 信号効率およびCP非対称性を抽出するために、非バッチド拡張尤度推定を実施する。
• 制御サンプルを用いて、検出器効率、再構築バイアス、バックグラウンド寄与の補正を実施する。
• 信号およびバックグラウンドモデル、質量分解能、フィッティング手順の専用研究を通じて系統的不確実性を評価する。
• 測定されたACP±およびRCP±を理論的関係式（ユニタリティトライアングルに基づく）を用いて、ϕ3および強相関比rBの制約に変換する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 B± → DCP±K±崩壊における測定されたCP非対称性ACP+およびACP−はそれぞれどれくらいか？
• RQ2 分岐比の比RCP+およびRCP−はどれくらいか？また、それらはϕ3をどのように制約するか？
• RQ3 ACP+とACP−の差はどの程度有意であり、ϕ3にどのような意味を持つのか？
• RQ4 データから導かれたϕ3の68.3%信頼区間は何か？
• RQ5 測定に基づいて許容される強相関比rBの範囲は何か？

主な発見

• 測定されたCP非対称性ACP+は(+12.5 ± 5.8 ± 1.4)%であり、統計的および系統的不確実性を含む。
• 測定されたCP非対称性ACP−は(−16.7 ± 5.7 ± 0.6)%であり、統計的および系統的不確実性を含む。
• ACP+とACP−の差は3.5標準偏差の有意性を示す。
• 分岐比の比RCP+は1.164 ± 0.081 ± 0.036として測定された。
• 分岐比の比RCP−は1.151 ± 0.074 ± 0.019として測定された。
• ϕ3の68.3%信頼区間は(8.5° < ϕ3 < 16.5°)、(84.5° < ϕ3 < 95.5°)、または(163.3° < ϕ3 < 171.5°)であり、強相関比rBは0.321 < rB < 0.465の範囲に制約された。