[논문 리뷰] Branching Fractions in B -> phi h and Search for Direct CP Violation in B+- -> phi K+-

The BABAR Collaboration, B. Aubert|arXiv (Cornell University)|2003. 03. 21.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 3인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 B A B AR 실험에서 수집한 8900만 개의 $B\bar{B}$ 쌍을 사용하여 희귀 B 메손 붕괴 $B^\pm \to \phi K^\pm$ 및 $B^0 \to \phi K^0$의 분해율에 대한 初기 측정을 제시한다. 이는 ${\cal B}(B^\pm \to \phi K^\pm) = (10.0^{+0.9}_{-0.8} \pm 0.5) \times 10^{-6}$ 와 ${\cal B}(B^0 \to \phi K^0) = (7.6^{+1.3}_{-1.2} \pm 0.5) \times 10^{-6}$ 를 보고하며, $B^\pm \to \phi \pi^\pm$ 에 대한 엄격한 상한값과 영이 되는 직접 CP 비대칭을 제공하여, 펜텀이 아닌 또는 새로운 물리학 기여에 대한 강력한 제약 조건을 제공한다.

ABSTRACT

We present preliminary measurements of branching fractions of the b -> s\bar{s}s penguin-dominated decays B+ -> phi K+ and B0 -> phi K0 in a sample of approximately 89 million BBbar pairs collected by the BaBar detector at the PEP-II asymmetric-energy B-meson Factory at SLAC. We determine BF(B+ -> phi K+) = (10.0^{+0.9}_{-0.8} (stat.) \pm 0.5 (syst.)) * 10^{-6} and BF(B^0 -> phi K0) = (7.6^{+1.3}_{-1.2} (stat.) \pm 0.5 (syst.)) * 10^{-6}. Additionally, we measure the charge asymmetry A_{CP}(B+ -> phi K+) = 0.039 \pm 0.086 (stat.) \pm 0.011 (syst.) and set an upper limit on the CKM- and color-suppressed decay B+ -> phi pi+, BF(B+ -> phi pi+) < 0.41 * 10^{-6} (90% CL).

연구 동기 및 목표

• 희귀이면서 쿼크가 없는 펜텀 지배 $B \to \phi h$ 붕괴의 분해율을 더 정밀하게 측정하기 위해.
• 큰 $B\bar{B}$ 표본을 사용하여 $B^\pm \to \phi K^\pm$ 붕괴에서 직접 CP 위반 여부를 탐색하기 위해.
• CKM 및 색깔 억제 붕괴인 $B^\pm \to \phi \pi^\pm$ 에 대해 엄격한 상한값을 설정하여, 펜텀이 아닌 또는 새로운 물리학 기여를 탐색하기 위해.
• 이전 측정보다 통계적 및 체계적 불확실성을 줄여 신규 물리 효과에 대한 민감도를 향상시키기 위해.

제안 방법

• 분석은 PEP-II 비대칭 에너지 $B$-팩토리에서 수집한 8900만 개의 $B\bar{B}$ 쌍 표본에서 $B \to \phi h$ 붕괴를 재구성하기 위해 최대우도 피팅을 사용한다. 여기서 $\phi \to K^+K^-$ 이고 $h$ 는 $K^\pm$ 또는 $\pi^\pm$ 이다.
• 신호 및 배경 분포는 주요 변수인 $m_{\rm ES}$, $\Delta E$, $m_{KK}$, 및 $\cos\theta_H$ 에 대해 확률 밀도 함수(PDFs)로 모델링되며, 신호 감도 향상을 위해 확률 비율 절단이 적용된다.
• 체계적 불확실성은 PDF 파라미터, 트래킹 효율, 입자 식별, $K^0_S$ 재구성 및 기타 검출기 관련 효과를 그 불확실성 범위 내에서 변형하여 평가된다.
• 직접 CP 비대칭 $\cal A_{CP}$ 는 $B^+$ 와 $B^-$ 가 $\phi K^\pm$ 로 붕괴할 때의 수익률 차이로 측정되며, 통계적 및 체계적 원인에서 기인한 오차가 전파된다.
• 90% 신뢰수준에서 $B^\pm \to \phi \pi^\pm$ 에 대한 상한값은 정규화된 우도 분포를 0부터 적분하여 유도되며, PDF 및 재구성 효율의 불확실성을 포함한다.
• 효율 보정은 몬테카를로 시뮬레이션을 사용하여 적용되며, 트랙 검출, PID 및 $K^0_S$ 재구성에서 기인한 체계적 오차가 불확실성 예산의 주요 기여 요소이다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 희귀 붕괴 $B^\pm \to \phi K^\pm$ 의 분해율은 얼마인가요?
• RQ2 $B^0 \to \phi K^0$ 의 분해율은 얼마인가요?
• RQ3 $B^\pm \to \phi K^\pm$ 에서 직접 CP 위반이 증거로 나타나는가요?
• RQ4 CKM 및 색깔 억제 붕괴인 $B^\pm \to \phi \pi^\pm$ 에 대한 상한값은 얼마인가요?
• RQ5 측정된 분해율 및 CP 비대칭 값은 $b \to s\bar{s}s$ 전이에 대한 펜텀이 아닌 또는 새로운 물리학 기여를 제약하는가요?

주요 결과

• $B^\pm \to \phi K^\pm$ 의 분해율은 통계적 및 체계적 불확실성을 포함하여 $(10.0^{+0.9}_{-0.8} \pm 0.5) \times 10^{-6}$ 로 측정되었다.
• $B^0 \to \phi K^0$ 의 분해율은 이전 결과보다 더 정밀한 $(7.6^{+1.3}_{-1.2} \pm 0.5) \times 10^{-6}$ 로 측정되었다.
• $B^\pm \to \phi K^\pm$ 에 대한 직접 CP 비대칭 $\cal A_{CP}$ 는 $0.039 \pm 0.086$ (통계) $\pm 0.011$ (체계적) 으로 측정되었으며, 불확실성 범위 내에서 영과 일치한다.
• 90% 신뢰수준에서 $B^\pm \to \phi \pi^\pm$ 에 대한 상한값은 $<0.41 \times 10^{-6}$ 로 설정되었으며, 이는 유의미한 신호가 없음을 시사한다.
• $\cal A_{CP}$ 의 체계적 불확실성은 트래킹 및 DIRC에서의 전하 비대칭성에 기인하여 1.0% 미만이었으며, 이는 CP 비대칭 측정의 신뢰성을 확인한다.
• $B^\pm \to \phi \pi^\pm$ 에 대한 엄격한 상한값은 $b \to s\bar{s}s$ 붕괴 진폭에 대해 큰 펜텀이 아닌 또는 새로운 물리학 기여를 배제한다.