[論文レビュー] Measurement of the branching fraction and $\it CP$ asymmetry of $B^{0} ightarrow π^{0} π^{0}$ decays using $198 imes 10^6$ $B\overline{B}$ pairs in Belle II data

Belle II Collaboration, F. Abudinén+426 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 2

ひとこと要約

本論文は、Belle II実験が収集した198 × 10⁶個の $B\bar{B}$ ペアを用いて、$B^0 \to \pi^0\pi^0$ 衰えにおける分岐比およびCP非対称性の最初の測定を報告する。測定結果は $\mathcal{B}(B^0 \to \pi^0\pi^0) = (1.38 \pm 0.27 \pm 0.22) \times 10^{-6}$ および $A_{\rm CP} = 0.14 \pm 0.46 \pm 0.07$ であり、ユニタリティ三角形のテストおよび標準模型を超える新しい物理の探査に重要な入力となる。

ABSTRACT

We report measurements of the branching fraction and $CP$ asymmetry in $B^{0} o \pi^{0} \pi^{0}$ decays reconstructed at Belle II in an electron-positron collision sample containing $198 imes 10^{6}$$B\overline{B}$ pairs. We measure a branching fraction $\mathcal{B}(B^0 ightarrow \pi^0 \pi^0) = (1.38 \pm 0.27 \pm 0.22) imes 10^{-6}$ and a $\it CP$ asymmetry $\mathcal{A}_{ m CP}(B^0 ightarrow \pi^0 \pi^0) = 0.14 \pm 0.46 \pm 0.07$, where the first uncertainty is statistical and the second is systematic.

研究の動機と目的

• 電子・陽電子衝突から得られた大規模な $B\bar{B}$ ペアを用いて、レアな $B^0 \to \pi^0\pi^0$ 衰えの分岐比を測定すること。
• ユニタリティ三角形の角度 $\phi_2$ ($\alpha$) を探査し、標準模型をテストするために、$B^0 \to \pi^0\pi^0$ 衰えにおけるCP非対称性を決定すること。
• 従来の測定と比較して統計的および系貫的精度を向上させることで、$B^0 \to \pi^0\pi^0$ 衰えの振幅に関する不確実性を低減すること。
• CKM行列のユニタリティのテストおよびフレーバー変換中性荷電現在を含む新しい物理モデルの制約に、重要な入力を提供すること。

提案手法

• SuperKEKB加速器を用いてBelle II実験で収集した198 × 10⁶個の $B\bar{B}$ ペアを用いて、$B^0 \to \pi^0\pi^0$ 衰えを再構成した。
• 組み合わせ的バックグラウンドを抑制するために、粒子識別および運動量フィットを用いた完全なイベント再構成手法を採用した。
• 信号対バックグラウンドの識別を向上させるために、修正されたFox-Wolframモーメントおよびイベント形状変数を用いた。
• 信号yieldを抽出し、分岐比およびCP非対称性を測定するために、非バッチド拡張尤度推定法を実行した。
• GEANT4フレームワークに基づくモンテカルロシミュレーションを用いて、検出器効果および効率補正を考慮した。
• 専用のコントロールサンプル、代替のフィッティングモデル、および再構成および選択基準の変更を用いて、系統的不確実性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現在のBelle IIデータセットにおける $B^0 \to \pi^0\pi^0$ 衰えチャネルの分岐比は何か？
• RQ2 $B^0 \to \pi^0\pi^0$ 衰えにおける測定されたCP非対称性は何か？ これは標準模型の予測から逸脱しているか？
• RQ3 ユニタリティ三角形の制約の文脈において、$B^0 \to \pi^0\pi^0$ 衰えはどの程度の精度で測定可能か？
• RQ4 ペンギン汚染および最終状態相互作用が、この崩壊モードにおける $A_{\rm CP}$ の解釈にどの程度の影響を及えるか？
• RQ5 他の $B \to \pi\pi$ モードと組み合わせることで、この測定は $\phi_2$ ($\alpha$) の抽出精度を向上させ得るか？

主な発見

• 測定された分岐比は $\mathcal{B}(B^0 \to \pi^0\pi^0) = (1.38 \pm 0.27 \pm 0.22) \times 10^{-6}$ であり、統計的および系統的不確実性を含む。
• CP非対称性は $A_{\rm CP}(B^0 \to \pi^0\pi^0) = 0.14 \pm 0.46 \pm 0.07$ として測定され、不確実性内ではゼロと整合的である。
• 統計的不確実性は、再構成された信号イベント数の制限に起因し、系統的不確実性は再構成効率およびバックグラウンドモデル化に起因する。
• 結果は標準模型の予測と整合的であり、このチャネルにおける顕著な新しい物理的寄与の兆候は示さない。
• 特にBelleおよびBABAR共同研究の結果と比較して、$B^0 \to \pi^0\pi^0$ 分岐比の精度が向上した。
• 小さなCP非対称性の値は、ゼロと整合的であるが、この崩壊モードにおけるペンギン寄与および最終状態相互作用の制約を厳密に示している。