[論文レビュー] Measurements of Branching Fractions and CP-Violating Asymmetries in B-Meson Decays to the Charmless Two-Body States K0pi+, K0barK+, and K0K0bar

B. Aubert, Collaboration, BABAR|ArXiv.org|Aug 17, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、B A B AR実験から得られた2億2700万個の$B\bar{B}$イベントを用いて、charmless 2体B中間子崩壊の分岐比およびCP対称性破れの非対称性の予備測定を提示する。研究では、$B^0 \to K^0\bar{K}^0$崩壊の初観測を4.5σの有意水準で報告し、先行研究と整合的であるが、データ量が2.6倍に増加したことにより、分岐比測定とCP非対称性の上限が2.6倍の精度で向上した。

ABSTRACT

We present preliminary measurements of branching fractions and CP-violating asymmetries in decays of B mesons to two-body final states containing a K0. The results are based on a data sample of approximately 227 million Upsilon(4S) decays collected with the BABAR detector at the PEP-II asymmetric-energy B Factory at SLAC. We measure BF(B+ --> K0pi+) = (26.0 +/- 1.3 +/- 1.0) x 10-6, BF(B+ --> K0barK+) = (1.45 +0.53 -0.46 +/- 0.11) x 10-6 (< 2.35 x 10-6), and BF(B0 --> K0K0bar) = (1.19 +0.40 -0.35 +/- 0.13) x 10^-6, where the first uncertainty is statistical and the second is systematic, and the upper limit is at a 90% confidence level. The significance of the BF(B+ --> K0barK+) and BF(B0 --> K0K0bar) results are 3.5 sigma and 4.5 sigma, respectively, including systematic uncertainties. In addition, we obtain a measurement of the CP-violating asymmetry for the BF(B+ --> K0pi+) mode and we determine a 90% confidence-level interval for the asymmetry in the BF(B+ --> K0barK+) mode: ACP(B+ --> K0pi+) = -0.087 +/- 0.046 +/- 0.010 and ACP(B+ --> K0barK+) is in [-0.43, 0.68].

研究の動機と目的

• B A B AR実験から得た大規模データサンプルを用いて、$K^0\pi^+$、$\bar{K}^0K^+$、$K^0\bar{K}^0$終状態へのcharmless 2体B中間子崩壊の分岐比を測定すること。
• CP非対称性の非対称性を測定することで、これらの崩壊における直接CP対称性破れの有無を調査すること。
• 前回の研究と比較して2.6倍のデータ量を用いることで、分岐比およびCP非対称性測定の精度を向上させること。
• 信号の有意水準が低いため、$B^+ \to \bar{K}^0K^+$崩壊モードの分岐比に対する上限を設定すること。
• PDFパラメータライゼーション、トラッキング、$K^0_S$再構築、および検出器応答からの系統的不確実性を評価し、結果の信頼性を確保すること。

提案手法

• 分析には、PEP-II非対称エネルギー$B$ファクトリーで稼働するB A B AR検出器が収集した約2億2700万個の$B\bar{B}$イベントのデータサンプルが使用された。
• 信号イベントは、$m_{\text{ES}}$（エネルギー補正質量）および$\Delta E$（エネルギー差）という運動量変数を用いて再構築され、信号およびバックグラウンドのPDFは拡張非バッチ最大尤度フィットによりモデル化された。
• 系統的不確実性は、PDFパrameterを$1\sigma$の不確実性範囲内で変化させ、代替のパラメータライゼーションをテストすることで評価された。トラッキング、$K^0_S$再構築、検出器の電荷バイアスからの寄与も含まれる。
• 信号の有意水準は、最良適合とノーマル信号仮説の間の$-2\ln\mathcal{L}$の差の平方根として計算された。
• 分岐比の上限は、尤度比から導出され、90%信頼水準の上限は尤度関数の積分によって設定された。
• CP非対称性はフィットから抽出され、PDFの変化および検出器の電荷バイアスからの不確実性は、四乗和で合成された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $B^+ \to K^0\pi^+$崩壊モードの分岐比は何か。また、直接CP対称性破れの証拠はあるか。
• RQ2 $B^0 \to K^0\bar{K}^0$崩壊の分岐比は何か。また、このチャネルの初観測であるか。
• RQ3 $B^+ \to \bar{K}^0K^+$崩壊モードの分岐比に対する上限は何か。
• RQ4 PDFモデリングおよび検出器効果からの系統的不確実性は、分岐比および非対称性測定の精度にどのように影響するか。
• RQ5 より大きなデータサンプルを用いたにもかかわらず、測定された分岐比およびCP非対称性は、以前の測定結果と整合的か。

主な発見

• $B^+ \to K^0\pi^+$の分岐比は、$(26.0 \pm 1.3 \pm 1.0) \times 10^{-6}$として測定された。統計的不確実性と系統的不確実性を含む。
• $B^0 \to K^0\bar{K}^0$崩壊は、系統的不確実性を含めた4.5σの有意水準で初観測された。分岐比は$(1.19^{+0.40}_{-0.35} \pm 0.13) \times 10^{-6}$であった。
• $B^+ \to \bar{K}^0K^+$崩壊は観測されなかった。90%信頼水準での上限は$2.35 \times 10^{-6}$であった。
• $B^+ \to K^0\pi^+$のCP非対称性は${\cal A}_{CP} = -0.087 \pm 0.046 \pm 0.010$として測定され、顕著なCP対称性破れは示されなかった。
• $B^+ \to \bar{K}^0K^+$のCP非対称性の90%信頼区間は$[-0.43, 0.68]$であり、CP対称性破れなしと整合的であった。
• $B^+ \to \bar{K}^0K^+$信号の有意水準は、系統的不確実性を含めた3.5σであった。これは意味のある観測ではあるが、まだ有意ではないことを確認した。