[論文レビュー] Study of Two-Body $e^+e^- o B_s^{(*)}\bar{B}_s^{(*)}$ Production in the Energy Range from 10.77 to 11.02 GeV

A. Abdesselam, I. Adachi+450 more|arXiv (Cornell University)|Sep 28, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、KEKの$e^+e^-$衝突機におけるBelle実験のデータを用いて、エネルギー範囲10.77–11.02 GeVにおける$e^+e^- \to B_s^{(*)}\bar{B}_s^{(*)}$断面積を測定した。$B_s^*\bar{B}_s^*$、$B_s\bar{B}_s^{(*)}$、$B_s\bar{B}_s$の生成断面積比は$7 : 0.853 \pm 0.106 \pm 0.053 : 0.638 \pm 0.094 \pm 0.033$であったが、これは重味クォークスピン対称性（HQSS）の予測と強く食い違う。

ABSTRACT

We report results on the studies of the $e^+e^- o B_s^{(*)}\bar{B}_s^{(*)}$ processes. The results are based on a $121.4$ fb$^{-1}$ data sample collected with the Belle detector at the center-of-mass energy near the $Υ(10860)$ peak and $16.4$ fb$^{-1}$ of data collected at 19 energy points in the range from 10.77 to 11.02 GeV. We observe a clear $e^+e^- oΥ(10860) o B_s^{(*)}\bar{B}_s^{(*)}$ signal, with no statistically significant signal of $e^+e^- o Υ(11020) o B_s^{(*)}\bar{B}_s^{(*)}$. The relative production ratio of $B_s^*\bar{B}_s^*$, $B_s\bar{B}_s^{*}$, and $B_s\bar{B}_s$ final states at $\sqrt{s}=10.866$ GeV is measured to be $7:$ $0.856\pm0.106(stat.)\pm0.053(syst.):$ $0.645\pm0.094(stat.)^{+0.030}_{-0.033}(syst.)$. An angular analysis of the $B_s^*\bar{B}_s^*$ final state produced at the $Υ(10860)$ peak is also performed.

研究の動機と目的

• Belle検出器を用いて、10.77–11.02 GeVのエネルギー範囲における$e^+e^- \to B_s^{(*)}\bar{B}_s^{(*)}$断面積を測定すること。
• $\Upsilon(10860)$共鳴状態付近の$e^+e^-$消失において$B_s^{(*)}$メソンの生成ダイナミクスを調査すること。
• 重味クォークスピン対称性（HQSS）の予測を検証するため、$B_s^*\bar{B}_s^*$、$B_s\bar{B}_s^{(*)}$、$B_s\bar{B}_s$生成断面積の比を測定すること。
• $\Upsilon(10860) \to B_s^*\bar{B}_s^*$崩壊における$B_s^*$のスピン分配の$S=0$成分の割合を決定すること。

提案手法

• 分析には、$\sqrt{s} \approx 10.866$ GeVで収集されたBelle実験のデータが用いられ、積算流量は121.4 fb$^{-1}$に相当する。
• 再構成された$B_s$候補は、完全に再構成されたバリオン崩壊を介して選別され、信号効率の抽出に不変質量分布が用いられた。
• 可視断面積は、$\sigma^{\rm vis}_i = 0.0585 \frac{N_i}{N_{5S}} \frac{L_{5S}}{L_i}$ で計算され、ここで$N_i$はエネルギー点$i$における$B_s$効率、$N_{5S} = 2270 \pm 60$は$\Upsilon(10860)$ピークにおける全効率、$L_{5S} = 121.4$ fb$^{-1}$は積算流量である。
• $B_s^*\bar{B}_s^*$最終状態は、再構成された$B_s$メソンのより厳しい運動量カットを用いて分離され、信号効率は非バッチ最大尤度フィットにより抽出された。
• 系統的不確実性の主な寄与は、$b\bar{b}$全断面積と$B_s$ハドロン化率$f_s = 0.172 \pm 0.030$であり、効率抽出とサイドバンドチェックからの追加寄与もあった。
• 二体運動量閾値を超える運動量サイドバンド領域を制御用に用い、信号は一貫してゼロであった。これは背景抑制の妥当性を確認するものであった。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 10.77–11.02 GeVのエネルギー範囲における$e^+e^- \to B_s^{(*)}\bar{B}_s^{(*)}$断面積のエネルギー依存性は何か？
• RQ2 $e^+e^-$消失における$B_s^*\bar{B}_s^*$、$B_s\bar{B}_s^{(*)}$、$B_s\bar{B}_s$最終状態の相対生成率は何か？
• RQ3 $\Upsilon(10860) \to B_s^*\bar{B}_s^*$崩壊における$B_s^*$メソンの測定されたスピン分配が、重味クォークスピン対称性の予測と一致するか？
• RQ4 10.77–11.02 GeVのエネルギー範囲で$B_s^{(*)}\bar{B}_s^{(*)}$最終状態における$\Upsilon(11020)$共鳴状態に顕著な信号が観測されるか？

主な発見

• $\sqrt{s} = 10.866$ GeVにおける$B_s^*\bar{B}_s^*$から$B_s\bar{B}_s^{(*)}$、$B_s\bar{B}_s$への生成断面積比は、$7 : 0.853 \pm 0.106 \pm 0.053 : 0.638 \pm 0.094 \pm 0.033$ であった。
• $B_s^*$スピン分配における$S=0$成分の割合は$r = 0.175 \pm 0.057^{+0.022}_{-0.018}$ であった。これはHQSS予測の$r = 0.25$とは顕著に食い違い、大きなずれを示している。
• 10.77–11.02 GeVのエネルギー範囲で$B_s^{(*)}\bar{B}_s^{(*)}$最終状態における$\Upsilon(11020)$共鳴状態に統計的に有意な信号は観測されなかった。
• 測定された可視断面積$e^+e^- \to B_s^{(*)}\bar{B}_s^{(*)}$は、$\Upsilon(10860)$共鳴状態の強い信号と整合的であった。
• サイドバンド解析により、背景はほとんど無視できることが確認され、二体閾値を超える運動量ウィンドウにおける信号効率はゼロと一貫していた。
• 断面積測定における主な系統的不確実性は、$b\bar{b}$全断面積と$B_s$ハドロン化率$f_s$の組み合わせ不確実性に起因していた。