[論文レビュー] Measurement of the CKM angle $\gamma $ in the ${{{B} ^0} ightarrow {D} {{K} ^{*0}}}$ channel using self-conjugate ${D} ightarrow {{K} ^0_{ extrm{S}}} h^+ h^-$ decays

R. Aaij, Ahmed Sameh Wagih Abdelmotteleb+1088 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 38被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、B⁰ → D K*⁰ 衰えにおいて、D → K₀ˢ h⁺h⁻ (h = π, K) 終状態を伴うモデルに依存しないCKM角γの測定を提示する。位相空間分布の分析とCLEOおよびBESIIIからの強い位相入力を利用することで、γは(49⁺²²₋₁₉)°と決定され、以前のLHCbの結果と比較してCP対称性破れの観測量の精度が向上している。

ABSTRACT

A model-independent study of CP violation in $B^0 o DK^{*0}$ decays is presented using data corresponding to an integrated luminosity of 9fb$^{-1}$ collected by the LHCb experiment at centre-of-mass energies of $\sqrt{s}=7, \, 8$ and $13$TeV. The CKM angle $γ$ is determined by examining the distributions of signal decays in phase-space bins of the self-conjugate $D o K_S^0 h^+ h^-$ decays, where $h = π, K$. Observables related to CP violation are measured and the angle $γ$ is determined to be $γ=(49^{+ 22}_{-19})^\circ$. Measurements of the amplitude ratio and strong-phase difference between the favoured and suppressed $B^0$ decays are also presented.

研究の動機と目的

• B⁰ → D K*⁰ 衰えを用いたCKM角γのモデルに依存しない決定を行う。
• D 衰え振幅モデルを避けることで、系統的不確実性を低減し、外部の強い位相入力を用いる。
• 以前のLHCbの測定と比較して、B⁰ → D K*⁰ チャネルにおけるCP対称性破れの観測量の精度を向上させる。
• グローバルなCKMユニタリティトライアングルフィットに向けた、堅牢で高精度の入力となること。

提案手法

• LHCb実験が収集した√s = 7, 8, 13 TeVでのpp衝突データ9 fb⁻¹を用いる。
• D mesonsが自己共役終状態D → K₀ˢ h⁺h⁻ (h = π, K) に崩壊するB⁰ → D K*⁰ 衰えを分析し、時間に依存しない分析を可能にするための位相空間ビン分割を実施する。
• ダリッツプロットの位相空間ビンにおけるビン化された振幅解析を用いて、CP対称性破れに関連する観測量を抽出する。
• CLEOおよびBESIII実験からの強い位相パラメータ（cᵢ, sᵢ）を外部入力として用い、モデル依存の仮定を避ける。
• rB⁰と強い位相差δB⁰に加えてγを測定し、κ = 0.958⁺⁰.⁰⁰⁵₋₀.⁰⁴⁶を以前のLHCb振幅解析からの直接入力とする。
• 精度向上のため、改善されたビン分割スキーム（例：D→K₀ˢπ⁺π⁻ではN=8の2ビン方式、D→K₀ˢK⁺K⁻ではN=2）と効率補正戦略を適用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 B⁰ → D K*⁰ 衰えチャンネルにおけるCKM角γの値は、モデルに依存しない方法でどのように測定されるか？
• RQ2 B⁰ → D K*⁰ におけるCP対称性破れの観測量（rB⁰, δB⁰, γ）は、以前のLHCbの測定と比較してどのように異なるか？
• RQ3 CLEOおよびBESIIIからの更新された強い位相入力を用いることで、γ測定の精度と頑健性はどの程度向上するか？
• RQ4 系統的不確実性、特に強い位相入力に起因するものについて、最終的なγ決定に与える影響はいかほどか？

主な発見

• CKM角γは(49⁺²²₋₁₉)°と測定され、統計的不確実性が支配的であり、系統的寄与は1桁小さい。
• 以前のLHCb結果γ = (71 ± 20)°と整合的ではあるが、この分析におけるrB⁰の中央値が低いため、顕著な改善にはなっていない。
• rB⁰と強い位相差δB⁰は、以前の研究と比較して顕著に精度が向上している。
• 本研究で報告されたCP対称性破れの観測量は、Ref. [11] の結果と整合的であり、それを上回るものであり、将来的なグローバルなγ合成に適している。
• 強い位相関連の系統的不確実性は、CLEOおよびBESIIIからのスメアされた入力を使って慎重にモデル化されており、グローバルフィットに使用可能な相関行列が提供されている。
• 本B⁰ → D K*⁰分析と以前のB± → Dh±分析との間の観測量間の相関構造は、表5に定量化され、グローバルフィットにおける適切な誤差伝搬を可能としている。