[論文レビュー] Measurement of the CKM angle $\gamma$ with $ B^\pm o D[K^\mp \pi^\pm \pi^\pm \pi^\mp] h^\pm$ decays using a binned phase-space approach

LHCb collaboration, Aaij, Roel+1064 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、CKM角γの測定に向け、B± → D[K∓π±π±π∓]h±崩壊の新たなボンディング位相空間解析を提示する。D中間子崩壊の位相空間を4つの領域に分割することで、整合性係数を向上させ、希釈効果を低減し、γ = 54.8⁺⁶.⁰₋⁵.⁸⁺⁰.⁶₋⁰.⁶⁺⁶.⁷₋⁴.³°の結果が得られ、この崩壊モードにおけるこれまでで最も精密な測定となった。

ABSTRACT

The CKM angle $γ$ is determined from $C\!P$-violating observables measured in ${B^\pm o D[ K^\mp π^\pmπ^\pmπ^\mp] h^\pm}$, $(h = K,π)$ decays, where the measurements are performed in bins of the decay phase-space of the $D$ meson. Using proton-proton collision data collected by the LHCb experiment at centre-of-mass energies of $7, 8$ and $13\, ext{TeV}$, corresponding to a total integrated luminosity of $9\, ext{fb}^{-1}$, $γ$ is determined to be \begin{equation*} γ= \left( 54.8 \: ^{+\:6.0 }_{-\:5.8} \: ^{+\:0.6}_{-\:0.6} \: ^{+\:6.7}_{-\:4.3} ight)^\circ, \end{equation*} where the first uncertainty is statistical, the second systematic and the third from the external inputs on the coherence factors and strong phases of the $D$-meson decays.

研究の動機と目的

• B± → D[K∓π±π±π∓]h±崩壊を位相空間の領域に分け、包括的測定とは異なり、CKM角γへの感度を向上させること。
• コヒーレンス係数がより高い領域を選択することで、Cabibbo有利および二重にCabibbo抑制されたD崩壊振幅の干渉による希釈効果を低減すること。
• CLEO-cおよびBESIIIの測定によるcharm崩壊パラメータを用い、LHCbのD⁰-D̄⁰振動制約を補完することで、モデルに依存しないγの決定を行うこと。
• 位相空間領域間の系統的相関および効率補正を考慮することで、測定の頑健性を検証すること。

提案手法

• D → K±π∓π∓π±崩壊の位相空間を、参考文献[17]で提案された手法に従い4つの領域に分割し、位相空間の差を最小限に抑えつつコヒーレンスを最大化するように設計した。
• 各領域でB± → DK±およびB± → Dπ±崩壊の断面積を用いてCP非対称性を測定し、観測量Ri_h±と二重タグ観測量Ri_DTを構築した。
• CLEO-cおよびBESIIIデータから得られた測定済みのcharm崩壊パラメータ（コヒーレンス係数RK3πおよび強相違δK3π）を用い、LHCbのD⁰-D̄⁰振動測定による制約を加えた。
• 相関行列を用いて観測量間の統計的および系統的相関を定量化し、シミュレーションサンプルから得られた効率補正（κ）とその不確実性を導出した。
• 効率補正がγ、B崩壊パラメータ（zh±）、およびcharm混合パラメータ（x, y）に依存する点を微分を用いてモデル化し、不確実性を伝搬させた。
• 最終的なγ値は、外部入力と組み合わせたボンディング観測量を用いた尤度関数フィットにより抽出され、すべての相関および不確実性を考慮した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 D中間子崩壊の位相空間を領域に分割することで、包括的測定と比較してCKM角γへの感度が向上するか？
• RQ2 異なる位相空間領域におけるコヒーレンス係数および強相位差が、γの決定に与える影響は何か？
• RQ3 系統的相関および効率補正が、ボンディング解析におけるγ測定の精度に与える影響は何か？
• RQ4 外部入力によるcharm崩壊パラメータを用いることで、測定をどの程度モデルに依存しないものにできるか？
• RQ5 9 fb⁻¹のLHCデータを用いたB± → D[K∓π±π±π∓]h±崩壊のボンディング観測量を組み合わせた場合、γの精度はどの程度になるか？

主な発見

• CKM角γは54.8⁺⁶.⁰₋⁵.⁸⁺⁰.⁶₋⁰.⁶⁺⁶.⁷₋⁴.³°と測定され、この崩壊モードにおけるこれまでで最も精密な測定結果となった。
• ボンディング位相空間アプローチにより、包括的平均と比較してコヒーレンス係数が向上し、希釈効果が低減され、γへの感度が向上した。
• 観測量間の統計的相関は小さいが、系統的相関は顕著であり、特に異なる電荷モードおよび異なる領域間で顕著であった。
• 効率補正は領域ごとに変化し、γおよびB崩壊パラメータに敏感であり、有限サイズのシミュレーションサンプルからの不確実性が含まれていた。
• 測定はモデルに依存しない。charm崩壊パラメータの外部入力に依存しており、振幅モデルの仮定に依存しない。
• 結果はLHCbのγ = 65.4⁺³.⁸₋⁴.²°の平均値と整合的であるが、より新しい、より感度の高い手法により精度が向上した。