[論文レビュー] Updated Measurement of ${\cal B}(B_s o D_s^{(*)+}D_s^{(*)-})$ and Determination of $\Delta \Gamma_{s}$

S. Esen|arXiv (Cornell University)|Oct 1, 2011

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

ひとこと要約

本論文では、Belle実験におけるΥ(5S)共鳴子からの121.4 fb⁻¹のデータを用いて、B⁰ₛ → D(∗)₊ₛD(∗)₋ₛ崩壊の更新された分岐率測定を提示する。最終状態を完全に再構成し、厳密なイベント選別を施した結果、全分岐率は(4.3 ± 0.4 ± 1.0)%と決定され、相対的幅差異∆Γₛ/Γₛ = 0.090 ± 0.009 (統計) ± 0.022 (系誤差)が精度良く得られ、標準模型と整合的であり、Bs混合パラメータに対する重要な制約を提供する。

ABSTRACT

Using fully reconstructed $B_{s}$ mesons, we measure exclusive branching fractions for the decays $B_s o D_s^{(*)+}D_s^{(*)-}$. The results are ${\cal B}(B^0_s a D^+_s D^-_s)=(0.58\,^{+0.11}_{-0.09}\,\pm 0.13)%$, ${\cal B}(B^0_s a D^{*\pm}_s D^{\mp}_s)=(1.8\, \pm 0.2\,\pm 0.4)%$, and ${\cal B}(B^0_s a D^{*+}_s D^{*-}_s)=(2.0\,\pm 0.3\,\pm 0.5)%$; the sum is ${\cal B}(B^0_s a D^{(*)+}_s D^{(*)-}_s)=(4.3\,\pm 0.4\,\pm 1.0)%$. Assuming these decay modes saturate decays to CP-even final states, the branching fraction determines the relative width difference between the $B_s$ CP-odd and CP-even eigenstates. Taking \cp\ violation to be negligibly small, we obtain $\dgs/\gs = 0.090\,\pm 0.009\,{ m(stat.)}\,\pm 0.022 \,{ m (syst.)}$, where $\gs$ is the mean decay width. The results are based on a data sample collected with the Belle detector at the KEKB $e^+ e^-$ collider running at the $\Upsilon(5S)$ resonance with an integrated luminosity of 121.4 fb$^{-1}$.

研究の動機と目的

• 大規模なデータサンプルを用いて、B⁰ₛ → D(∗)₊ₛD(∗)₋ₛ崩壊の排他的分岐率をより高い精度で測定すること。
• CP対称性破れ位相およびBs混合パラメータに敏感な、Bsメソン系における相対的幅差異∆Γₛ/Γₛを決定すること。
• D(∗)₊ₛD(∗)₋ₛ最終状態がCP偶性崩壊振幅を支配し、幅差異を飽和するという仮定を検証すること。
• 標準模型予測のBs混合パラメータ∆Γₛ/Γₛに対するきめの細かいテストを提供すること。
• 候補選別およびバックグラウンド抑制を含む、改善された再構成および選別技術により、系統的不確かさを低減すること。

提案手法

• KEKBにおけるBelle検出器を用いて、D₊ₛ、D∗₊ₛおよびそれらの崩壊生成物の詳細な再構成を伴い、B⁰ₛ → D(∗)₊ₛD(∗)₋ₛ崩壊を完全に再構成する。
• 粒子識別および再構成基準を厳密に適用し、カリウムとパイオンドの尤度比、およびφ、K∗、ρなどの共鳴子のインヴァリエント質量窓を含む。
• B⁰ₛ候補の特定に、ビームエネルギー制約質量(Mbc)およびエネルギー差(∆E)を用い、信号領域を5.25 < Mbc < 5.45 GeV/c²および−0.15 < ∆E < 0.10 GeVとして定義する。
• 1イベントあたり複数の候補が存在する場合の解消に、χ²に基づく選別基準を導入し、再構成の効率および純度を向上させる。
• 連続的q¯qバックグラウンドを、修正されたフォックス＝ウルフラムモーメントに基づくフィッシャー判別式を用いて抑制し、R = Lₛ/(Lₛ + Lqq) > 0.20を要件とする。
• Mbcおよび∆E分布のフィットに、信号、組み合わせ的バックグラウンド、連続的バックグラウンド成分を用い、系統的不確かさは信号PDF、バックグラウンドPDF、および効率の変動を評価することで評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 B⁰ₛ → D(∗)₊ₛD(∗)₋ₛ崩壊の正確な分岐率は何か？ また、以前の測定と比較するとどうなるか？
• RQ2 Bsメソン系における相対的幅差異∆Γₛ/Γₛは何か？ これはB⁰ₛ混合におけるCP対称性破れをどのように制限するか？
• RQ3 D(∗)₊ₛD(∗)₋ₛ最終状態は、Bs系における崩壊幅差異をどの程度まで飽和するか？
• RQ4 再構成、識別、モデル化からの系統的不確かさは、最終結果にどのように影響するか？
• RQ5 CP対称性破れ位相は、測定された分岐率および幅差異の解釈にどのような影響を及えるか？

主な発見

• B⁰ₛ → D₊ₛD₋ₛの測定分岐率は(0.58 ± 0.11 ± 0.13)%であり、統計的有意水準は11.5σである。
• B⁰ₛ → D∗±ₛD∓ₛの分岐率は(1.8 ± 0.2 ± 0.4)%であり、有意水準は10.1σである。
• B⁰ₛ → D∗₊ₛD∗₋ₛの分岐率は(2.0 ± 0.3 ± 0.5)%であり、8σの有意水準でこのモードの初観測が達成された。
• B⁰ₛ → D(∗)₊ₛD(∗)₋ₛの全分岐率は(4.3 ± 0.4 ± 1.0)%である。
• CP対称性破れが無視できるものと仮定した場合、相対的幅差異は∆Γₛ/Γₛ = 0.090 ± 0.009 (統計) ± 0.022 (系誤差)と決定され、標準模型と整合的である。
• 結果は世界平均値および理論的予測と良好に一致しており、主な系統的不確かさはD(∗)ₛ分岐率および信号PDF形状に起因する。