[論文レビュー] Study of direct CP in charmed B decays and measurement of the CKM angle gamma at Belle

K. Trabelsi|arXiv (Cornell University)|Jan 10, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 26

ひとこと要約

本論文は、Belle実験における772 fb$^{-1}$のデータサンプルを用い、GGSZ、ADS、GLW手法を組み合わせた分析を通じて、$B^\pm \to DK^\pm$および$B^\pm \to D^{*}K^\pm$崩壊を用いたCKM角γの最も精度の高い測定を提示している。最終的な結果は$\gamma = (68{}^{+15}_{-14})^\circ$であり、モデルに依存しない強い位相制約を用いたダリッツプロット分布およびCP非対称性の同時フィットによって達成された。これは、これまでで最も精度の高いγの決定である。

ABSTRACT

The Belle experiment, running at the KEKB e^+ e^- asymmetric energy collider during the first decade of the century, has recorded 770 fb^-1 of data at the Upsilon(4S) resonance. A combination of recent Belle results obtained with this sample is used to perform a measurement of the CKM angle gamma. We use B^+- -> DK^+- and B^+- -> D^*K^+- decays where the D meson decays into K_S^0pi+pi-, Kpi, KK, pipi, K_S^0 pi^0 and K_S^0 eta final states and D^* decays into Dpi^0 and Dgamma. Belle obtains the most precise gamma measurement to date, gamma = (68^{+15}_{-14}) degree.

研究の動機と目的

• B$^\pm \to DK^\pm$および$B^\pm \to D^{*}K^\pm$崩壊を用いたCKM角γの測定精度を向上させること。
• K_S^0\pi\pi、K\pi、KK、\pi\pi、K_S^0\pi^0、K_S^0\eta、およびD^* \to D\pi^0、D\gammaの複数のD崩壊最終状態を組み合わせ、γへの感度を最大限に高めること。
• r_Bおよびδ_Bのためのデカルト座標(x^\pm, y^\pm)を用いることで、モデル依存のバイアスを低減し、CLEO-cおよびψ(3770)データからの外部強い位相情報を取り入れること。
• 頻度主義的手法を用いたGGSZ、ADS、GLW結果のグローバルな組み合わせを行い、γの最も頑健な値を抽出すること。

提案手法

• GGSZ手法は、D^0 \to K_S^0\pi^+\pi^-崩壊のダリッツプロット解析を用い、B^+ \to D^{0}K^+およびB^+ \to \overline{D}^0K^+振幅の干渉を、B^\pmデータに対するアンビンド最尤推定を用いて抽出する。
• r_B、δ_B、およびγの推定におけるバイアスを回避するために、x^\pm = r_B \cos(\delta_B \pm \gamma)およびy^\pm = r_B \sin(\delta_B \pm \gamma)というデカルト座標が用いられる。
• ADS手法は、Cabibbo有利および二重にCabibbo抑制されたD崩壊を伴うB^\pm \to [K^\pi]_D K^\pm崩壊を用い、CP非対称性を強化する。B^\pm \to D^{*}K^\pmモードには、D^* \to D\pi^0およびD^* \to D\gammaが含まれる。
• GLW手法は、D^0 \to CP固有状態（K^+K^-、\pi^+\pi^-、K_S^0\pi^0、K_S^0\eta）を分析し、γ、r_B、δ_Bに依存するCP非対称性および比を抽出する。
• GGSZ解析におけるモデル依存性を低減するため、CLEO-cのψ(3770)データからの外部強い位相情報がダリッツプロットのビン分割に用いられる。
• GGSZ、ADS、GLW結果の頻度主義的組み合わせ手順が適用され、すべての手法からのオブザーバブルを統合し、完全な不確実性分解を伴う最終的なγ値を抽出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Belle実験の全データサンプルを用いて、B^\pm \to DK^\pmおよびB^\pm \to D^{*}K^\pm崩壊を用いたCKM角γの最も精度の高い測定は何か？
• RQ2 GGSZ、ADS、GLW手法の結果はどのように比較できるか。それらを組み合わせることでγの不確実性にどのような影響を与えるか？
• RQ3 ψ(3770)データからの外部強い位相情報によって、D \to K_S^0\pi^+\pi^-振幅におけるモデル依存性はどの程度低減可能か？
• RQ4 GLW手法で測定されたCP非対称性は、理論的予測（特にA_{CP^+}とA_{CP^-}が逆符号をとること）と整合的か？
• RQ5 B \to DKおよびB \to D^*Kモード間でハドロン的パラメータr_Bおよびδ_Bはどのように変化するか。γ抽出に与える影響は何か？

主な発見

• Belle実験は、GGSZ、ADS、GLW結果の組み合わせ分析を通じて、これまでで最も精度の高いCKM角γの測定を達成した。結果は$\gamma = (68{}^{+15}_{-14})^\circ$である。
• GLW結果の組み込みにより、γの不確実性が著しく低減され、GGSZ+ADSでの$68 \pm 22^\circ$から、GGSZ+ADS+GLWでの$68{}^{+15}_{-14}^\circ$に改善された。
• GLW手法における測定されたCP非対称性は、A_{CP^+}とA_{CP^-}の符号が逆であり、理論的予測を確認し、解析フレームワークの妥当性を裏付けた。
• D^* \to D\gamma崩壊モードは、D^* \to D\pi^0に比べてより大きなCP非対称性比を示し、両者の非対称性の符号は逆であった。これは、これらのモードで測定可能なCP違反が存在することを示している。
• 外部強い位相情報とモデルに依存しないGGSZ手法を用いた結果は、$\gamma = (77 \pm 15 \pm 4 \pm 4)^\circ$となり、ビン分割と外部制約の有効性が示された。
• 組み合わせ結果は、γ ≈ 68^\circを支持しており、68%信頼水準の区間は$68{}^{+15}_{-14}^\circ$である。これは標準模型と整合的であり、新しい物理の探索のためのベンチマークを提供している。