[논문 리뷰] A measurement of the charged and neutral B meson lifetimes using fully reconstructed decays

B. Aubert, A. Boucham외 566명|arXiv (Cornell University)|2000. 07. 27.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 2인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 PEP-II의 BABAR 검출기에서 확보한 7.4 fb⁻¹ 데이터를 사용하여 중성자 및 양성자 B 메손의 수명을 측정한다. B⁰ 및 B⁺ 메손의 딸기 및 채리온 상태로의 완전한 재구성에 의해, τ_B⁰ = 1.506 ± 0.052(stat) ± 0.029(syst) ps 및 τ_B⁺ = 1.602 ± 0.049(stat) ± 0.035(syst) ps를 도출하였으며, τ_B⁺/τ_B⁰ = 1.065 ± 0.044(stat) ± 0.021(syst)의 비율을 확보하였다.

ABSTRACT

Data collected with the BABAR detector at the PEP-II asymmetric B Factory at SLAC are used to study the lifetimes of the B^0 and B^+ mesons. The data sample consists of 7.4 fb-1 collected near the Y(4S) resonance. B^0 and B^+ mesons are fully reconstructed in several exclusive hadronic decay modes to charm and charmonium final states. The B lifetimes are determined from the flight length difference between the two B mesons which are pair-produced in the Y(4S) decay. The preliminary measurements of the lifetimes are tau_B0 = 1.506+/-0.052(stat)+/-0.029(syst) ps, tau_B+ = 1.602+/-0.049(stat)+/-0.035(syst) ps, and of their ratio is tau_B+/tau_B0 = 1.065+/-0.044(stat)+/-0.021(syst).

연구 동기 및 목표

• 완전히 재구성된 붕괴를 통해 B⁰ 및 B⁺ 메손 수명을 정밀하게 측정하는 것.
• 맛 물리학 이론 예측을 검증하기 위해 B⁺와 B⁰ 메손 수명의 비율을 결정하는 것.
• 향상된 재구성 기술을 통해 B 메손 수명 측정의 시스템적 불확실성을 감소시키는 것.
• Y(4S) 공진 상태 붕괴를 이용하여 B⁰B̄⁰ 및 B⁺B⁻ 쌍을 생성하여 수명 비교를 수행하는 것.

제안 방법

• 데이터는 PEP-II 비대칭 B 패이저에서 작동하는 BABAR 검출기를 사용하여 확보되었으며, Y(4S) 공진 상태 근처에서 운영되었다.
• B⁰ 및 B⁺ 메손은 딸기 및 채리온 상태를 포함하는 독립적인 강입자 붕괴 모드에서 완전히 재구성되었다.
• Y(4S) → B⁰B̄⁰ 또는 B⁺B⁻ 붕괴에서 생성된 두 개의 B 메손 간의 비행 길이 차이를 이용하여 수명 정보를 추출하였다.
• 통계적 및 시스템적 불확실성은 표준 오차 전파 및 제어 샘플을 사용하여 평가되었다.
• 수명 값은 B 메손 쌍 시스템에서의 붕괴 길이 분포를 피팅하여 추출되었다.
• 검출기 관련 시스템적 영향을 최소화하기 위해 B⁺와 B⁰ 수명의 비율을 계산하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 완전히 재구성된 붕괴에서 측정된 B⁰ 메손 수명의 정밀한 값은 무엇인가요?
• RQ2 동일한 재구성 기술을 사용하여 측정된 B⁺ 메손 수명은 무엇인가요?
• RQ3 B⁺와 B⁰ 메손 수명의 비율은 이론적 기대와 어떻게 비교되나요?
• RQ4 이 수명 측정에서 지배적인 시스템적 불확실성의 원인은 무엇인가요?

주요 결과

• 측정된 B⁰ 메손 수명은 τ_B⁰ = 1.506 ± 0.052(stat) ± 0.029(syst) ps이다.
• 측정된 B⁺ 메손 수명은 τ_B⁺ = 1.602 ± 0.049(stat) ± 0.035(syst) ps이다.
• B⁺와 B⁰ 메손 수명의 비율은 τ_B⁺/τ_B⁰ = 1.065 ± 0.044(stat) ± 0.021(syst)이다.
• 측정된 수명은 이전 측정과 일치하지만, 완전한 재구성 덕분에 정밀도가 향상되었다.
• 시스템적 불확실성은 주로 재구성 과정에서의 검출기 해상도 및 배경 모델링에 기인한다.
• 결과는 QCD 기반 B 메손 수명 예측에 대해 엄격한 검증을 제공한다.