[論文レビュー] Study of charmless B decays to three-kaon final states

The Belle Collaboration, K. Abe|ArXiv.org|Aug 19, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、KEKのBelle実験から得られたデータを用いて、charmless B崩壊の三価核(final state)への測定を行い、アイソスピン対称性および波動関数の分解を用いて、$K^+K^+K^-$および$K_S K^+ K^-$最終状態におけるCP対称性の高い状態の割合を抽出した。主な結果は$ \alpha^2 = 0.86 \pm 0.15 \pm 0.05$であり、三価核最終状態に支配的なCP対称性の高い成分があることを示しており、$b \to s$ ピンギン誘発CP違反測定への応用可能性を支持する。

ABSTRACT

We report on a study of charmless B meson decays to three-kaon final states. The results are obtained with a 78.7 1/fb data sample collected on the Y(4S) resonance by the Belle detector operating at the KEKB asymmetric energy $e^+e^-$ collider. The branching fractions for B decays to three-body K+K+K-, K0K+K-, KsKsK+, and KsKsKs final states are presented. We also make a first attempt to perform an isospin analysis of the three-kaon final states.

研究の動機と目的

• charmless B崩壊が三価核最終状態$K^+K^+K^-$、$K_S K^+ K^-$、$K_S K_S K^+$、$K_S K_S K_S$に崩壊するBrを測定すること。
• アイソスピン対称性および波動関数の分解を用いて、$K^0\bar{K}^0$系における偶数軌道角運動量状態の割合を特定すること。
• 特に$\phi$支配的寄与を除いた上で、$K_S K^+ K^-$最終状態におけるCP奇・CP偶成分を評価すること。
• $b \to s$ ピンギン誘発CP違反測定における$K_S K^+ K^-$最終状態の可能性を評価すること。

提案手法

• アイソスピン対称性を用いて、$B^+ \to K^+K^+K^-$および$B^0 \to K^0K^+K^-$崩壊のBrを関連づけ、$K^0\bar{K}^0$系における偶数軌道角運動量状態の割合$\alpha^2$を抽出する。
• 波動関数の分解を適用：$|K^+K^0\bar{K}^0\rangle = \alpha \frac{|K^+K_S K_S\rangle + |K^+K_L K_L\rangle}{\sqrt{2}} + \beta |K^+K_S K_L\rangle$、ここで$\alpha^2 + \beta^2 = 1$であり、$K^+K^0\bar{K}^0$最終状態をモデル化する。
• 観測されたイベント数の比を用いて$\alpha^2$を測定し、検出効率および寿命比の補正を加える：$\alpha^2 = 2 \frac{N_{K^+K_S K_S}}{N_{K_S K^+ K^-}} \times \frac{\varepsilon_{K^0K^+K^-}}{\varepsilon_{K^+K_S K_S}} \times \frac{\tau_{B^0}}{\tau_{B^+}}$。
• $B^0 \to \phi K_S$イベントを除外するため、$|M(K^+K^-) - M_\phi| > 15$ MeVを要件として設定し、$\phi$非支配的寄与を分離する。
• 代替式$\alpha^2 = 2 \frac{{\cal{B}}(B^+ \to K^+K_S K_S)}{{\cal{B}}(B^+ \to K^+K^+K^-)}$を用いて、$B^+ \to K^+K_S K_S$および$B^+ \to K^+K^+K^-$最終状態からの$\alpha^2$を交差検証する。
• $K_S K^+ K^-$最終状態を用いてCP奇・CP偶成分を調査し、$(-1)^l$が軌道角運動量に依存することにより、$\alpha^2$がCP対称性の高い成分を表す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $K^+K^0\bar{K}^0$最終状態のうち、$\alpha^2$で特徴づけられる偶数軌道角運動量状態の割合はどの程度か？
• RQ2 $\phi$支配的寄与を除いた後、$K_S K^+ K^-$最終状態のCP奇・CP偶成分はどのように比較されるか？
• RQ3 $K_S K^+ K^-$最終状態は、$b \to s$ ピンギン遷移に起因するCP違反測定の実用的候補として適しているか？
• RQ4 $B^0$および$B^+$崩壊を用いた2つのアイソスピンに基づく$\alpha^2$抽出法の整合性はどの程度か？
• RQ5 観測された$\alpha^2$値の有意性は、charmless 3体B崩壊の力学的制約にどのように寄与するか？

主な発見

• $B^0 \to K^0K^+K^-$および$B^+ \to K^+K_S K_S$から抽出された$\alpha^2$の値は$0.86 \pm 0.15 \pm 0.05$であり、$K^0\bar{K}^0$系における偶数軌道角運動量状態の支配的寄与を示唆している。
• $\phi$支配的イベントを除いた後、補正済みの$\alpha_{\text{non }\phi}^2 = 1.04 \pm 0.19 \pm 0.06$は、$\alpha^2 = 0.86 \pm 0.15 \pm 0.05$と整合的であり、CP対称性の高い状態の支配的性質を支持する。
• $B^+ \to K^+K_S K_S$および$B^+ \to K^+K^+K^-$最終状態を用いた場合、$\alpha^2 = 0.82 \pm 0.12 \pm 0.06$、$\alpha_{\text{non }\phi}^2 = 0.97 \pm 0.15 \pm 0.07$が得られ、独立した手法間で良好な一致が確認された。
• 2つのアイソスピンに基づく手法の整合性は、非$\phi$状態における$K_S K^+ K^-$最終状態のCP対称性の高い成分の支配的性質を強く支持する。
• $K_S K^+ K^-$最終状態は、将来の$b \to s$ ピンギン誘発CP違反測定の有望な候補と特定され、$\phi K_S$モードに比べて統計的精度が約4倍向上する可能性を有する。