[論文レビュー] Observation of ${{\varLambda } ^0_{b}} \! ightarrow {{\varLambda } ^+_{c}} {\hspace{1.79993pt}\overline{\hspace{-1.79993pt}D}} {}^{(*)0}{{K} ^-} $ and ${{\varLambda } ^0_{b}} \! ightarrow {{\varLambda } ^+_{c}} {{D} ^{*-}_{s}} $ decays

LHCb Collaboration, A. S. W. Abdelmotteleb+1101 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 68被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、LHCb検出器を用いて、√s = 13 TeV の pp 衝突データ 5.4 fb⁻¹ を用いて、Λ⁰_b → Λ⁺_c D(∗)⁰K⁻ および Λ⁰_b → Λ⁺_c D∗⁻_s 衰えの初回観測を報告している。Λ⁰_b → Λ⁺_c D⁻_s に対する測定された分岐率比は、D⁰K⁻ に対して 0.1908 ± 0.0036 (統計) ± 0.0016 (系誤差)、D∗⁰K⁻ に対して 0.589 ± 0.018 (統計) ± 0.017 (系誤差)、D∗⁻_s に対して 1.668 ± 0.022 (統計) ± 0.061 (系誤差) であり、ペンタクォーク探索のための重要な正規化およびバリオン性 B 衰えにおける HQET 因数分解の検証に寄与する。

ABSTRACT

The decays $Λ_b^0 o Λ_c^+\bar{D}^{(*)0}K^-$ and $Λ_b^0 o Λ_c^+ D_s^{*-}$ are observed for the first time, in proton-proton collision data at $\sqrt{s}=13$TeV corresponding to an integrated luminosity of 5.4 fb${}^{-1}$ collected with the LHCb detector. Their ratios of branching fractions with respect to the $Λ_b^0\! oΛ_c^+\mathrm{D}_s^-$ mode are measured to be \begin{align*} \begin{split} \frac{\mathcal{B}(Λ_b^0 o Λ_c^+\bar{D}^0 K^-)}{\mathcal{B}(Λ_b^0 o Λ_c^+ D_s^-)} & = 0.1908 {}_{-0.0034}^{+0.0036} {}_{-0.0018}^{+0.0016} \pm 0.0038 \frac{\mathcal{B}(Λ_b^0 o Λ_c^+\bar{D}^{*0} K^-)}{\mathcal{B}(Λ_b^0 o Λ_c^+ D_s^-)} & = 0.589 {}_{-0.017}^{+0.018} {}_{-0.018}^{+0.017} \pm 0.012 \frac{\mathcal{B}(Λ_b^0 o Λ_c^+ D_s^{*-})}{\mathcal{B}(Λ_b^0 o Λ_c^+ D_s^-)} & = 1.668 \pm 0.022 {}_{-0.055}^{+0.061}\ , \end{split} \end{align*} where the first uncertainties are statistical, the second systematic, and the third, for the $Λ_b^0 o Λ_c^+ \bar{D}^{(*)0} K^-$ decays, are due to the uncertainties on the branching fractions of the $D_s^- o K^- K^+ π^-$ and $\bar{D}^0 o K^+π^-$ decay modes. The measured branching fractions probe factorization assumptions in effective theories and provide the normalization for future pentaquark searches in $Λ_b^0 o Λ_c^+ \bar{D}^{(*)0}K^-$ decay channels.

研究の動機と目的

• Λ⁰_b → Λ⁺_c D(∗)⁰K⁻ および Λ⁰_b → Λ⁺_c D∗⁻_s 衰えの分岐率を、よく測定された Λ⁰_b → Λ⁺_c D⁻_s モードに対して測定すること。
• 2つの charm クォークを含むバリオン性 B 衰えにおける重味効果理論 (HQET) の因数分解仮定を検証すること。
• 将来の Λ⁺_c D(∗)⁰ 終状態における P⁺_c ペンタクォーク探索のための正規化を提供すること。
• 二重比を用いて baryonic および mesonic 衰えを比較することで、Λ⁰_b → Λ⁺_c D(∗)⁰K⁻ 衰えにおける色抑制振幅の役割を評価すること。

提案手法

• 共通の終状態 pK⁻K⁻K⁺π⁺π⁻ を通じて、Λ⁰_b → Λ⁺_c D(∗)⁰K⁻ および Λ⁰_b → Λ⁺_c D∗⁻_s 衰えを再構築し、効率的な正規化および検出器関連不確実性の相殺を可能にする。
• 完全な D∗⁰ および D∗⁻_s 衰え生成粒子の再構築を行わず、欠損質量またはインバリアント質量ピークから D∗⁰ および D∗⁻_s 衰えを推定する部分再構築手法を用いる。
• 最終状態粒子のインバリアント質量分布に対する同時非バッチ拡張最大尤度フィットを実行し、信号生成率を抽出する。
• シミュレートされたイベントを用いて検出器効率および再構築受容率の補正を実施し、系統的不確実性は専用のコントロールサンプルおよびパラメータ変動を用いて評価する。
• PDG に記載された D⁰ → K⁺π⁻ および D⁻_s → K⁻K⁺π⁻ の既知の分岐率を用いて、絶対的分岐率比を抽出する。
• 二重比 DR(∗)(Mb) を計算し、バリオン性とメソン性の衰えを比較して、色抑制振幅の影響を調査する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Λ⁰_b → Λ⁺_c D(∗)⁰K⁻ および Λ⁰_b → Λ⁺_c D∗⁻_s 衰えの分岐率比は、Λ⁰_b → Λ⁺_c D⁻_s に対してそれぞれどの程度か？
• RQ2 Λ⁰_b → Λ⁺_c D(∗)⁰K⁻ 衰えにおける色抑制振幅は、HQET 因数分解の予想とどの程度ずれているか？
• RQ3 測定された分岐率は、二重開 charm 衰えの理論予測とどの程度一致するか？
• RQ4 測定された比は、Λ⁺_c D(∗)⁰ 終状態における P⁺_c ペンタクォークの生成メカニズムおよび分岐率を制限できるか？
• RQ5 二重比 DR(∗)(Mb) は、バリオン性とメソン性の衰えにおける因数分解の普遍性を検証する上でどのような意味を持つのか？

主な発見

• Λ⁰_b → Λ⁺_c D⁰K⁻ の分岐率比 B(Λ⁰_b → Λ⁺_c D⁰K⁻)/B(Λ⁰_b → Λ⁺_c D⁻_s) は 0.1908 ± 0.0036 (統計) ± 0.0016 (系誤差) ± 0.0038 (D 分岐率不確実性) として測定された。
• D∗⁰K⁻ モードの比 B(Λ⁰_b → Λ⁺_c D∗⁰K⁻)/B(Λ⁰_b → Λ⁺_c D⁻_s) は 0.589 ± 0.018 (統計) ± 0.017 (系誤差) ± 0.012 (系誤差) であり、D∗⁰ モードの顕著な寄与を示している。
• D∗⁻_s モードの比 B(Λ⁰_b → Λ⁺_c D∗⁻_s)/B(Λ⁰_b → Λ⁺_c D⁻_s) は 1.668 ± 0.022 (統計) ± 0.061 (系誤差) であり、いくつかの理論予測と整合的である。
• 二重比 DR(B⁰) は 1.29 ± 0.20 であった。これは、バリオン性衰えにおける色抑制振幅が非可視的寄与を有することを示唆しているが、因数分解を否定するには十分でない。
• J/ψpK⁻ モードの比 B(Λ⁰_b → J/ψpK⁻)/B(Λ⁰_b → Λ⁺_c D⁰K⁻) は 0.152 ± 0.032 (統計) ± 0.028 (系誤差) であり、P⁺_c ペンタクォーク信号の感度推定に不可欠である。
• J/ψpK⁻ モードの比 B(Λ⁰_b → J/ψpK⁻)/B(Λ⁰_b → Λ⁺_c D∗⁰K⁻) は 0.049 ± 0.011 (統計) ± 0.009 (系誤差) であり、将来のペンタクォークフィット分率計算に役立つ。