[論文レビュー] Measurement of the ratio Br(D0 --> pi+pi-pi0)/Br(D0 --> K-pi+pi0)

K. Abe|arXiv (Cornell University)|Oct 20, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、KEKのBelle実験で得られた357 fb$^{-1}$のデータを用いて、$\mathcal{B}(D^0 \to \pi^+\pi^-\pi^0)/\mathcal{B}(D^0 \to K^-\pi^+\pi^0)$の最初の直接測定を提示する。結果は$0.0971 \pm 0.0031$であり、世界平均よりも高い精度で、他の測定値とも良好に一致している。$D^0 \to K^-\pi^+\pi^0$を正規化モードとして用いることで、$\pi^0$の検出およびトラッキング効率に依存する系統的不確かさを最小限に抑える。

ABSTRACT

We report a high-statistics measurement of the relative branching fraction Br(D0 --> pi+pi-pi0)/Br(D0 --> K-pi+pi0). A 357 inverse fb data sample collected with the Belle detector at the KEKB asymmetric-energy e+e- collider was used for the analysis. The relative branching fraction Br(D0 --> pi+pi-pi0)/Br(D0 --> K-pi+pi0) is determined with an accuracy comparable to the latest world average value.

研究の動機と目的

• 大規模なデータサンプルを用いて、$D^0 \to \pi^+\pi^-\pi^0$の相対的分岐率を測定すること。
• $D^0 \to K^-\pi^+\pi^0$を正規化モードとして選ぶことで、$\pi^0$検出およびトラッキング効率に依存する系統的不確かさを低減すること。
• 最適化されたイベント選別およびキャリブレーションにより、統計的および系統的誤差を低減することで、以前の測定値よりも精度を向上させること。
• 世界平均および他の実験（BaBarやCLEO-c）と比較し、一貫性を評価し、矛盾を解消すること。

提案手法

• 分析には、KEKのBファクトリーで稼働するBelle検出器が得た$e^+e^-$衝突データ357 fb$^{-1}$が使用された。
• 信号イベントは、粒子識別（PID）および$\pi^0 \to \gamma\gamma$再構築を用いて、$D^0 \to \pi^+\pi^-\pi^0$および$D^0 \to K^-\pi^+\pi^0$の崩壊を再構築した。
• 分岐率比は、式$\mathcal{B}(D^0 \to \pi^+\pi^-\pi^0)/\mathcal{B}(D^0 \to K^-\pi^+\pi^0) = (N_{\pi\pi\pi^0}/N_{K\pi\pi^0}) \cdot (\epsilon_{K\pi\pi^0}/\epsilon_{\pi\pi\pi^0}) \cdot (r_K/r_\pi)$により抽出され、ここで$r_K$および$r_\pi$は再構築効率および分岐率正規化を補正する。
• 系統的不確かさは、選別基準の変更（$p_{\text{cms}}(D^*)$カット、$K_S^0$バイアス領域、PID効率仮定）を用いて評価された。
• $K_S^0$バイアスは、$0.195 < M^2(\pi^+\pi^-) < 0.305$ GeV$^2/c^4$の領域に適用され、$\pi^+\pi^-\pi^0$の生成率に1.6%の変化を引き起こし、系統的誤差に顕著に寄与する。
• 全系統的不確かさは、すべての寄与を平方和根で加算して得られ、合計で3.1%の不確かさとなった。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 分岐率比$\mathcal{B}(D^0 \to \pi^+\pi^-\pi^0)/\mathcal{B}(D^0 \to K^-\pi^+\pi^0)$の正確な値は何か？
• RQ2 この測定値は、世界平均およびBaBarやCLEO-cなどの他の実験とどのように比較できるか？
• RQ3 この比測定における主要な系統的不確かさの源は何か？
• RQ4 $D^0 \to K^-\pi^+\pi^0$を正規化モードとして用いることで、$D^0 \to K\pi$モードを用いた場合と比較して系統的誤差を低減できるか？

主な発見

• 測定された分岐率比は$0.0971 \pm 0.0009_{\text{stat}} \pm 0.0030_{\text{syst}}$であり、合計不確かさは$\pm 0.0031$に相当する。
• 2006年の世界平均値$0.0929 \pm 0.0054$と一致しているが、精度が向上している。
• BaBarの測定値（$0.1059 \pm 0.0019$）とは約2.8$\sigma$の差異を示しており、両実験間の不一致を示唆している。
• 世界平均の$\mathcal{B}(D^0 \to K^-\pi^+\pi^0)$値を用いて、$D^0 \to \pi^+\pi^-\pi^0$の絶対的分岐率は$(13.69 \pm 0.66) \times 10^{-3}$に決定された。
• $K_S^0$バイアス領域は系統的不確かさの1.6%を占め、最も大きな誤差源の一つである。
• カイロンおよびパイオンのPID効率は系統的不確かさに1.6%寄与するが、比の計算における部分的キャンセルにより、全体的な影響は小さくなる。