[論文レビュー] Probing CP violation in $B^0_s ightarrow K^{0}_{ m S} \pi^{+}\pi^{-}$ decays

T. Gershon, T. Latham+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 7, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 19被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、$B^0_s \to K^0_S \pi^+\pi^-$崩壊におけるCP対称性の破れを調べるための、アンタグ付き時間積分型、アンタグ付き時間依存型、およびタグ付き時間依存型のダリッツプロット解析手法の感度を調査している。$K^*(892)$、$K^*_0(1430)$、$\rho(770)$、$f_0(980)$の共鳴状態を含むトロイモデルを用いて、アンタグ付き手法がCP対称性破れパラメータに対して良好な精度を達成できることを示しているが、特にフラバー・タグギングにより弱い位相 $\phi_s$ に対する感度が著しく向上し、5%のタグ効率でも約2.5倍の改善が得られる。

ABSTRACT

The three-body charmless hadronic decay $B^0_s ightarrow K^{0}_{ m S} \pi^{+}\pi^{-}$ provides a number of novel possibilities to search for CP violation effects and test the Standard Model of particle physics. These include fits to the Dalitz-plot distributions of the decay-time-integrated final state, decay-time-dependent (but without initial state flavour tagging) fits to the Dalitz-plot distribution, as well as full decay-time-dependent and flavour tagged fits. The relative sensitivities of these different approaches are investigated.

研究の動機と目的

• . $B^0_s \to K^0_S \pi^+\pi^-$崩壊におけるCP対称性破れを調べるための、アンタグ付きおよびタグ付き時間依存型ダリッツプロット解析の相対的感度を比較すること。
• . 初期フラバー・タグギングなしで、有効寿命測定を活用してCP対称性破れパラメータを測定可能かどうかを評価すること。
• . フラバー・タグギングが $B^0_s$ 崩壊における弱位相 $\phi_s$ および相対位相測定の精度に与える影響を評価すること。
• . Belle IIおよびLHCbにおける今後のアモルプス解析のためのフレームワークを提供すること。

提案手法

• . $B^0_s \to K^0_S \pi^+\pi^-$崩壊における $K^*(892)$、$K^*_0(1430)$、$\rho(770)$、$f_0(980)$ の共鳴寄与を含むトロイモデルを用いる。
• . Laura++ ダリッツプロットフィッティングパッケージを用いて、時間依存型アモルプス分布をシミュレートおよびフィットする。
• . 3つの解析戦略を適用する：(i) アンタグ付き時間積分型、(ii) アンタグ付き時間依存型、(iii) タグ付き時間依存型フィット。
• . 複素パラメータ $\lambda_f = \bar{A}_f / A_f$ を用いてCP対称性破れパラメータを定義し、$S_f$、$C_f$、$A^{\Delta\Gamma_s}_f$ がCP奇およびCP偶の非対称性を符号化する。
• . パラメータ推定における統計的不確実性およびバイアスを評価するため、1つの擬似実験あたり2000イベントの信号サンプルを用いる。
• . $ACP = 50\%$、$\Delta\delta = 3\pi/4$、$\phi_s = -2\beta_s$ などのさまざまなCP対称性破れシナリオにおいて、手法間の結果を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 . アンタグ付きとタグ付きダリッツプロット解析の間で、$B^0_s \to K^0_S \pi^+\pi^-$崩壊におけるCP対称性破れパラメータの感度はどのように異なるか？
• RQ2 . フラバー・タグギングが欠如しているにもかかわらず、有効寿命測定（アンタグ付き、時間依存型）が $B^0_s$ 崩壊におけるCP対称性破れに意味的な制約を与えることができるか？
• RQ3 . 低効率であっても、フラバー・タグギングを適用することで、弱位相 $\phi_s$ の測定精度がどの程度向上するか？
• RQ4 . 異なる解析手法間で、$K^*\pm(892)$ の等価体積係数（振幅および位相）の不確実性はどのようにスケーリングされるか？
• RQ5 . $B^0_s$ と $B^0_s$ が $\rho^0(770)$ に崩壊する際の相対位相は、アンタグ付きとタグ付きアプローチのどちらでより効果的に測定できるか？

主な発見

• . アンタグ付き時間積分型手法は、タグ付き手法と比較してわずかに大きな統計的不確実性を示すものの、$K^*\pm(892)$ のCP対称性破れパラメータに対して良好な精度を達成している。
• . アンタグ付き時間依存型手法の精度は、アンタグ付き時間積分型手法と同程度であり、$A^{\Delta\Gamma_s}_f$ 項が追加の感度をほとんど与えないことを示している。
• . フラバー・タグギングにより、現実的なタグ効率（約5%）であっても、弱位相 $\phi_s$ の精度が約2.5倍向上する。
• . 完全なタグギングでは、$\phi_s$ の精度が1桁向上することから、位相測定においてタグギングの価値が顕著に示されている。
• . $\phi_s = -2\beta_s$ を固定し、$\rho^0(770)$ 共鳴位相 $\Delta y_j$ を自由パラメータとして扱う手法が一貫した結果をもたらし、タグギングの利点の妥当性を確認している。
• . $ACP = 50\%$、$\Delta\delta = 3\pi/4$、$\phi_s = -2\beta_s$ といったすべてのCP対称性破れシナリオが、バイアスが最小限で良好な精度で再現されており、解析フレームワークの妥当性が検証された。