[論文レビュー] Study of photon reconstruction efficiency using $B^+ o J/\psi K^{(*)+}$ decays in the LHCb experiment

E. Govorkova|arXiv (Cornell University)|May 12, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 22被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、LHCb実験におけるB⁺ → J/ψK⁺およびB⁺ → J/ψK*⁺ → J/ψK⁺π⁰崩壊を用いて、データ駆動型の光子および中性パイオン再構成効率の測定を提示する。データとシミュレーションにおける相対的信号yieldの比較により、再構成効率の補正因子が導出され、光子効率補正は2011年では101.6% ± 1.3% (統計) ± 1.1% (系誤差) ± 3.3% (分岐比誤差)、2012年では102.9% ± 0.9% (統計) ± 0.8% (系誤差) ± 3.4% (分岐比誤差) であり、光子の横運動量およびパイオンの運動量に依存する。

ABSTRACT

The reconstruction efficiency of photons and neutral pions is measured using the relative yields of reconstructed $B^+ o J/\psi K^{*+} ( o K^+ \pi^{0})$ and $B^+ o J/\psi K^{+}$ decays. The efficiency is studied using the data set, corresponding to an integrated luminosity of $3~\mathrm{fb}^{-1}$, collected by the LHCb experiment in proton-proton collisions at the centre-of-mass energies of 7 and 8 TeV.

研究の動機と目的

• LHCb検出器における光子および中性パイオン再構成効率を、実際のデータを用いて測定すること。
• 光子再構成におけるシミュレーションと実際の検出器応答の差異を補正すること。
• 光子およびπ⁰を含むB中間子崩壊測定における系統的不確実性を低減すること。
• 光子再構成効率のエネルギーおよび運動量依存性補正因子を提供すること。

提案手法

• B⁺ → J/ψK⁺およびB⁺ → J/ψK*⁺ → J/ψK⁺π⁰崩壊の相対的yieldを用いて、効率補正を抽出する。
• 補正因子の式を適用：ηcorr_π0 = (N_B+→J/ψK*+ / N_B+→J/ψK+) × (εMC_B+→J/ψK+ / εMC_B+→J/ψK*+) × (B(B+→J/ψK+) / B(B+→J/ψK*+))。
• トップロジーの類似性を活かして、データを用いたシミュレーションベースの効率補正を行い、系統的不確実性を最小限に抑える。
• χ²最小化を用いて、光子の横運動量（ET(γ)）およびパイオンの横運動量（pT(π⁰)）ごとにビンごとの補正を実施する。
• 補正因子の不確実性を変動させ、400回再計算することで系統的不確実性を推定する。
• ηcorr_π0を光子効率補正の二乗として解釈する：ηcorr_γ = √ηcorr_π0。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCb検出器における光子再構成効率のデータ駆動型補正因子は何か？
• RQ2 光子再構成効率は横運動量（ET(γ)）にどのように依存するか？
• RQ3 補正因子は中性パイオンの横運動量（pT(π⁰)）にどのように依存するか？
• RQ4 統計的および系統的不確実性は、最終的な補正因子にどのように影響するか？
• RQ5 既知の分岐比比は、全体の不確実性低減にどの程度寄与するか？

主な発見

• 2011年のデータでは、光子再構成効率の補正因子は101.6% ± 1.3% (統計) ± 1.1% (系誤差) ± 3.3% (分岐比誤差) である。
• 2012年のデータでは、補正因子は102.9% ± 0.9% (統計) ± 0.8% (系誤差) ± 3.4% (分岐比誤差) である。
• 2011年のデータでは、光子の横運動量が500–700 GeV/cおよび>700 GeV/cのビンにおいて、補正因子は93.5%から104.5%の範囲で変動する。
• pT(π⁰) > 2.0 GeV/cの場合、2011年の補正因子は117.2% ± 3.7% (統計) ± 2.6% (系誤差) ± 7.6% (分岐比誤差) に達する。
• 補正因子は高pT(π⁰)で顕著に上昇しており、高運動量領域での再構成効率の低下を示唆している。
• 系統的不確実性は400回のモンテカルロ変動を用いて推定され、最終的な系統的誤差として68%信頼区間が使用された。