[論文レビュー] Measurements of Branching Fractions and Direct CP Asymmetries in pi^+ pi^0, K^+ pi^0 and K^0 pi^0 B Decays

B. Aubert|ArXiv.org|Jul 24, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、PEP-IIで収集された8800万対のB B̄ペアを用いたBaBar実験により、B⁺→π⁺π⁰、B⁺→K⁺π⁰、およびB⁰→K⁰π⁰崩壊における分岐率および直接CP対称性の予備測定を提示する。主な結果は、CP対称性の顕著な破れが観測されず、誤差の範囲内で非対称性がゼロと一致していることである：A_π⁺π⁰ = −0.03⁺⁰.¹⁸₋₀.¹⁷ ± 0.02、A_K⁺π⁰ = −0.09 ± 0.09 ± 0.01、A_K⁰π⁰ = 0.03 ± 0.36 ± 0.09。

ABSTRACT

We present preliminary results of the analyses of B^+ --> h^+ pi^0 (with h^+ = pi^+, K^+) and B^0 --> K^0 pi^0 decays from a sample of approximately 88 million B bar{B} pairs collected by the BABAR detector at the PEP-II asymmetric-energy B Factory at SLAC. We measure the pi^+ pi^0 branching fraction and we obtain B(B^+ --> pi^+ pi^0) = (5.5^{+1.0}_{-0.9} +/- 0.6) times 10^{-6} with a significance of 7.7 sigma including systematic uncertainties. We measure the K^+ pi^0 and K^0 pi^0 branching fractions to be B(B^+ --> K^+ pi^0) = (12.8^{+1.2}_{-1.1} +/- 1.0) times 10^{-6} and B(B^0 --> K^0 pi^0) = (10.4 +/- 1.5 +/- 0.8) times 10^{-6}. At the same time, the direct CP-violating asymmetries are investigated and we find A_{pi^+ pi^0} = -0.03_{-0.17}^{+0.18} +/- 0.02, A_{K^+ pi^0} = -0.09 +/- 0.09 +/- 0.01 and A_{K^0 pi^0} = 0.03 +/- 0.36 +/- 0.09, where the errors are statistical and systematic, respectively.

研究の動機と目的

• 8800万対のB B̄ペアの大きなデータサンプルを用いて、B⁺→π⁺π⁰、B⁺→K⁺π⁰、およびB⁰→K⁰π⁰崩壊の分岐率を高精度で測定すること。
• CKM角αおよび新しい物理の寄与に敏感なこれらの崩壊モードにおける直接CP対称性の破れを調査すること。
• 洗練された解析手法とより大きな統計量を用いることで、従来の測定値よりも系統的不確実性を低減すること。
• 特にプエアンテンス支配およびツリー支配のモードにおいて、B中間子崩壊における標準模型のCP対称性の破れの予測をテストすること。
• CKMユニタリティトライアングルの決定およびCKM角αの抽出のための最新の入力データを提供すること。

提案手法

• 分析は、PEP-II非対称エネルギーBファクトリーにおけるBaBar検出器のデータに基づく。これは約8800万対のB B̄ペアに相当する。
• 信号崩壊は、インヴァリエント質量、エネルギー差（ΔE）、およびフィッシャー判別子といった運動量的およびトポロジカル変数を用いて再構成される。これらは信号とバックグラウンドを分離するために用いられる。
• 分岐率は、信号成分およびバックグラウンド成分に対して、拡張されたアンビンド最大尤度フィットを用いて抽出され、検出器効率および再構成効果の補正が施されている。
• B⁰→K⁰π⁰に対しては、B⁰–B̄⁰混合を補正するための補正係数（1 + x_d²）が適用され、測定された非対称性が直接CP非対称性A_CPに変換される。
• 系統的不確実性は、PDF形状の変化、タギング効率およびミスタギング率の変化、および残存するcharmlessバックグラウンドを評価するためのトイモンテカルロシミュレーションを通じて評価される。
• CP非対称性は、B⁰→K⁰π⁰に対してはA_i = A_m^i · (1 + x_d²)、チャージドモードに対してはA_i = A_m^i として定義され、x_d = Δm_d/Γ = 0.755 ± 0.015 である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 B⁺→π⁺π⁰崩壊の分岐率は何か？ そして、どの程度の精度で測定できるか？
• RQ2 B⁺→K⁺π⁰およびB⁰→K⁰π⁰崩壊モードにおいて、直接CP対称性の破れの証拠はあるか？
• RQ3 測定された分岐率およびCP非対称性は、標準模型の予測とどのように比較できるか？
• RQ4 分岐率およびCP非対称性測定における主な系統的不確実性の要因は何か？
• RQ5 結果はCKM角αを制限するか、標準模型を超える新しい物理を示唆するか？

主な発見

• B⁺→π⁺π⁰の分岐率は、系統的不確実性を含めて(5.5⁺¹.⁰₋₀.⁹ ± 0.6) × 10⁻⁶と測定され、7.7σの有意水準を示した。
• B⁺→K⁺π⁰の分岐率は(12.8⁺¹.²₋₁.¹ ± 1.0) × 10⁻⁶、B⁰→K⁰π⁰は(10.4 ± 1.5 ± 0.8) × 10⁻⁶であった。
• π⁺π⁰モードにおける直接CP非対称性はA_π⁺π⁰ = −0.03⁺⁰.¹⁸₋₀.¹⁷ ± 0.02であり、90%信頼区間[−0.32, 0.27]内でゼロと一致している。
• K⁺π⁰に対しては非対称性がA_K⁺π⁰ = −0.09 ± 0.09 ± 0.01であり、90%信頼区間[−0.24, 0.06]にあり、顕著なCP対称性の破れは示唆されない。
• K⁰π⁰モードではA_K⁰π⁰ = 0.03 ± 0.36 ± 0.09であり、90%信頼区間[−0.58, 0.64]にあり、これもゼロと一致している。
• 系統的不確実性は、K⁰π⁰チャネルにおいてPDF形状の変化およびタギング効率／ミスタギング率が支配的であり、残存するcharmlessバックグラウンドからの寄与は無視できるほど小さい。