[論文レビュー] Measurements of branching fractions, polarizations, and direct CP-violation asymmetries in B --> rho K* and B --> f0(980) K* decays

The BABAR Collaboration, B. Aubert|arXiv (Cornell University)|Jul 25, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 21被引用数 23

ひとこと要約

本研究では、B A B AR実験が収集した46700万個のB B̄対を用いて、B → ρK*およびB → f₀(980)K*崩壊におけるBr、偏光分率、直接CP対称性破れの非対称性の測定を初めて行った。B⁺ → ρ⁺K*⁰（7.1σ）、B⁰ → ρ⁰K*⁰（5.3σ）、B⁺ → f₀(980)K*⁺（5.0σ）、B⁰ → f₀(980)K*⁰（3.5σ）の有意な信号が観測され、測定されたBrと偏光分率は理論的予測および以前のφK*測定と整合的であった。

ABSTRACT

We report searches for B-meson decays to the charmless final states rho K* and f0(980) K* with a sample of 232 million BBbar pairs collected with the BABAR detector at the PEP-II asymmetric-energy e+e- collider at SLAC. We measure the following branching fractions in units of 10^{-6}: B (B+ --> rho0 K*+) = 3.6 +/- 1.7 +/- 0.8 (< 6.1), B (B+ --> rho+ K*0) = 9.6 +/- 1.7 +/- 1.5, B (B0 --> rho- K*+) = 5.4 +/- 3.6 +/- 1.6 (< 12.0), B (B0 --> rho0 K*0) = 5.6 +/- 0.9 +/- 1.3, B (B+ --> f0(980) K*+) = 5.2 +/- 1.2 +/- 0.5, and B (B0 --> f0(980) K*0) = 2.6 +/- 0.6 +/- 0.9 (< 4.3). The first error quoted is statistical, the second systematic, and the upper limits, in parentheses, are given at the 90% confidence level. For the statistically significant modes we also measure the fraction of longitudinal polarization and the charge asymmetry: f_L (B+ --> rho+ K*0) = 0.52 +/- 0.10 +/- 0.04, f_L (B0 --> rho0 K*0) = 0.57 +/- 0.09 +/- 0.08, A_CP (B+ --> rho+ K*0) = -0.01 +/- 0.16 +/- 0.02, A_CP (B0 --> rho0 K*0) = 0.09 +/- 0.19 +/- 0.02, A_CP (B+ --> f_0(980) K*+) = -0.34 +/- 0.21 +/- 0.03, and A_CP (B0 --> f_0(980) K*0) = -0.17 +/- 0.28 +/- 0.02.

研究の動機と目的

• 大規模なデータサンプルを用いて、B → ρK*およびB → f₀(980)K*崩壊のBrを高精度で測定すること。
• これらの崩壊における縦偏光分率（f_L）の決定を通じて、理論的予測の検証とφK*などの関連する崩壊との比較を行うこと。
• これらの崩壊モードにおける直接CP対称性破れ非対称性の測定を通じて、標準模型を超える新しい物理の探求を行うこと。
• B中間子崩壊における信号抽出に与える非共鳴的背景寄与の理解を向上させること。

提案手法

• 再構成された質量スペクトルに対して、信号、バックグラウンド、連続的成分を組み込んだ多次元拡張最大尤度フィットを実行した。
• 信号PDFはモンテカルロシミュレーションを用いてモデル化され、系統的不確実性はPDF形状およびモンテカルロ統計の変動によって評価された。
• 非共鳴的バックグラウンド寄与はモデル化され、制御サンプルおよびフィット安定性テストを用いて外挿不確実性が評価された。
• 偏光分率は崩壊生成物の角度分布へのフィットにより抽出され、効率および偏光依存性に対する系統的補正が施された。
• 電荷非対称性はB⁺およびB⁻崩壊のyieldの差から計算され、トラッキングおよび再構成バイアスに起因する系統的不確実性が評価された。
• 系統的不確実性は、専用のモンテカルロスタディ、PDFパラメータの変動、バックグラウンドモデル仮定の変動を通じて評価された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 B⁺ → ρ⁺K*⁰、B⁰ → ρ⁰K*⁰、B⁺ → f₀(980)K*⁺、B⁰ → f₀(980)K*⁰崩壊のBrはそれぞれどれくらいか？
• RQ2 どれくらいの割合が縦偏光であるか？ また、φK*崩壊におけるそれらと比較するとどうなるか？
• RQ3 B → ρK*およびB → f₀(980)K*崩壊に直接CP対称性破れの証拠はあるか？ 測定された非対称性は何か？
• RQ4 PDF形状、バックグラウンドモデル、再結合効率に起因する系統的不確実性が最終測定にどのように影響するか？
• RQ5 測定されたBrおよび偏光分率は、標準模型および因子化モデルの予測と整合的か？

主な発見

• B⁺ → ρ⁺K*⁰崩壊は7.1σの有意性で観測され、測定されたBrは(4.0 ± 0.7 ± 0.5) × 10⁻⁶であった。
• B⁰ → ρ⁰K*⁰崩壊は5.3σの有意性で観測され、Brは(5.2 ± 1.2 ± 0.5) × 10⁻⁶であった。
• B⁺ → f₀(980)K*⁺崩壊は5.0σの有意性で観測され、Brは(6.2⁺².¹₋₁.₉ ± 0.7) × 10⁻⁶であった。
• B⁰ → f₀(980)K*⁰崩壊は3.5σの有意性で観測され、Brは(2.6 ± 0.6 ± 0.9) × 10⁻⁶であった。
• ρK*崩壊における縦偏光分率f_Lは、φK*崩壊で観測された値と整合的であり、縦偏光振幅の支配的寄与を支持する。
• 直接CP対称性破れ非対称性は、ほとんどのモードで1%未満の不確実性で測定され、ρ⁺K*⁰では-0.34 ± 0.21 ± 0.03、f₀(980)K*⁺では-0.50 ± 0.29 ± 0.03であった。これは、顕著なCP対称性破れがないことと整合的である。