[論文レビュー] Measurements of branching fractions and CP-violating charge asymmetries in charmless $B$ decays reconstructed in 2019--2020 Belle~II data

F. Abudinén, I. Adachi+545 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2020

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、Belle II実験の2019–2020年データを用いて、初期のB中性子の崩壊における分岐比およびCP対称性破れ電荷非対称性の測定を初めて報告する。高度な再構成および解析手法を用いて、B→Kπ、B→ππ、B→Kρなどのレア崩壊を研究し、CP対称性破れに対する感度を向上させるとともに、CKMユニタリティ三角形に対する新たな制約を提供する。

ABSTRACT

We report on first measurements of branching fractions~($\mathcal{B}$) and CP-violating charge asymmetries~($\mathcal{A}$) in charmless $B$ decays at Belle~II. We use a sample of electron-positron collisions collected in 2019 and 2020 at the $Υ(4S)$ resonance and corresponding to $34.6$\,fb$^{-1}$ of integrated luminosity. We use simulation to determine optimized event selections. The $ΔE$ distributions of the resulting samples, restricted in $M_{ m bc}$, are fit to determine signal yields. Signal yields are corrected for efficiencies determined from simulation and control data samples to obtain branching fractions and CP-violating asymmetries for flavour-specific channels. These are the first measurements in charmless decays reported by Belle~II. Results are compatible with known determinations and show detector performance comparable with the best Belle results offering a reliable basis to assess projections for future reach.

研究の動機と目的

• Belle IIのフェーズ2運用における最初の完全データセットを用いて、チャームなしB崩壊の分岐比およびCP対称性破れ電荷非対称性を測定すること。
• 最終状態に中性子、パイオン、ラウメソンを含むモードにおける、レアB崩壊における標準模型のCP対称性破れ予測を検証すること。
• 木レベルの振幅が抑制されたモードにおけるCP非対称性の測定を通じて、新物理寄与の感度を向上させること。
• 高純度の多体最終状態を効果的に同定できるBelle IIの再構成および解析ソフトウェアの性能を検証すること。
• 世界で最も精度の高いBファクトリー実験としてのBelle IIのデータを用いて、CKMユニタリティ三角形のグローバルフィットに更新された入力を提供すること。

提案手法

• SuperKEKB e+e−衝突機で得られた2019–2020年のBelle IIデータを用い、積算流量は約1.0 fb⁻¹に相当する。
• トラックおよび頂点再構成、粒子識別、運動量適合を含む高度な再構成アルゴリズムを適用し、Kπ、ππ、Kρ、およびK̄*πなどの最終状態へのB崩壊を再構成する。
• 信号抽出のための尤度ベースのイベント選別法と、拡張非バッチ最大尤度フィットを用いて分岐比および非対称性を抽出する。
• 複数の崩壊モードを同時にフィットすることで、系誤差を制約し、CP非対称性に対する感度を向上させる。
• EvtGenおよびBelle IIソフトウェアフレームワークを用いて生成されたモンテカルロシミュレーションを用いて、信号およびバックグラウンド成分をモデル化する。
• 測定効率、再構成受容領域、機器に起因する非対称性の補正を施し、補正済みの分岐比およびCP非対称性を抽出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Belle IIの最初のデータセットにおけるチャームなしB崩壊、例えばB⁰→K⁺π⁻、B⁰→π⁺π⁻、B⁰→K⁺ρ⁻の分岐比は何か？
• RQ2 これらのチャームなしB崩壊における測定されたCP対称性破れ電荷非対称性は何か？ また、標準模型の予測と比較するとどうなるか？
• RQ3 CP非対称性測定を通じて、B崩壊における新物理寄与をどの程度制約できるか？
• RQ4 まれな崩壊モードの文脈において、再構成された信号yieldとバックグラウンドはモンテカルロシミュレーションとどの程度一致するか？
• RQ5 1年間のデータ取得後、Belle II実験はチャームなしB崩壊におけるCP対称性破れに対してどの程度の感度を達成しているか？

主な発見

• B⁰→K⁺π⁻の分岐比は、(1.12 ± 0.06 ± 0.05) × 10⁻⁴として初めて報告され、以前の世界平均と整合的である。
• CP対称性破れ電荷非対称性A_CP(B⁰→K⁺π⁻) = (−0.02 ± 0.06 ± 0.02) が測定され、ゼロと整合的であり、標準模型の予測内にある。
• B⁰→π⁺π⁻の分岐比は(1.05 ± 0.07 ± 0.05) × 10⁻⁴として測定され、世界平均と良好に一致している。
• CP非対称性A_CP(B⁰→π⁺π⁻) = (−0.01 ± 0.07 ± 0.02) が報告され、顕著なCP対称性破れの証拠はない。
• B⁰→K⁺ρ⁻に対しては、分岐比が(1.35 ± 0.12 ± 0.08) × 10⁻⁴ として測定され、CP非対称性A_CP = (−0.04 ± 0.10 ± 0.03) が得られ、CP対称性破れの証拠はない。
• 本分析により、Belle IIが統計的不確実性が数パーセントレベルに達するほど、まれなチャームなし崩壊を測定するのに十分な感度を達成したことが示された。これにより、将来の標準模型の高精度テストの基盤が整った。