[논문 리뷰] First measurement of $\phi_3$ with a binned model-independent Dalitz plot analysis of $B^{+-} -> DK^{+-}, D -> K_s^0 \pi^+\pi^-$ decay

I. Adachi, K. Adamczyk외 1명|arXiv (Cornell University)|2011. 06. 20.

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 벨 실험에서 확보한 77200만 개의 $B\bar{B}$ 쌍을 바탕으로, $B^{\pm} \to DK^{\pm}$ 붕괴의 밀도 분포 분석을 통해 CKM 각도 $\phi_3$의 모델에 의존하지 않는 최초의 측정을 제시한다. 여기서 $D \to K_S^0\pi^+\pi^-$이다. 이 연구는 $\phi_3 = (77.3^{+15.1}_{-14.9} \pm 4.2 \pm 4.3)^\circ$를 보고하며, 통계적 오차, 시스템적 오차, 그리고 CLEO의 강한 위상 매개변수 정밀도로부터 기인한 오차를 포함한다.

ABSTRACT

We present the first measurement of the angle phi_3 of the unitarity triangle using a binned model-independent Dalitz plot analysis technique of B->DK, D->Ks pi+pi- decay chain. The method is based on the measurement of parameters related to the strong phase of D->Ks pi+ pi- amplitude performed by the CLEO collaboration. The analysis uses full data set of 772x10^6 BBbar pairs collected by the Belle experiment at Upsilon(4S) resonance. We obtain phi3 = (77.3^{+15.1}_{-14.9} +- 4.2 +- 4.3) degree and the suppressed amplitude ratio rB = 0.145 +- 0.030 +- 0.011 +- 0.011. Here the first error is statistical, the second is experimental systematic uncertainty, and the third is the error due to precision of strong phase parameters obtained by CLEO. This result is preliminary.

연구 동기 및 목표

• 모델에 의존하지 않는 밀도 분포 분석을 통해 유니타리티 삼각형의 CKM 각도 $\phi_3$를 측정하기 위해.
• D → K_S^0π^+π^- 진폭의 매개변수 모델을 피함으로써 이론적 불확실성을 줄이기 위해.
• CLEO가 제공한 정밀한 강한 위상 정보를 활용하여 $\phi_3$ 측정의 정확도를 향상시키기 위해.
• 벨 실험에서 확보한 77200만 개의 $B\bar{B}$ 쌍을 포함한 전체 데이터 세트를 바탕으로 $\phi_3$의 초보적이고 강력한 측정을 제공하기 위해.

제안 방법

• $D \to K_S^0\pi^+\pi^-$의 경우, $B^{\pm} \to DK^{\pm}$ 붕괴에 대해 밀도 분포 분석을 적용하여, D 메손 진폭의 매개변수 형태를 가정하지 않고 $\phi_3$를 추출한다.
• 이 방법은 CLEO 협동이 측정한 $D \to K_S^0\pi^+\pi^-$ 붕괴의 강한 위상 매개변수에 의존하여, 밀도 분포 내 간섭 무늬를 제약한다.
• 분석은 벨 실험에서 $\Upsilon(4S)$ 공 resonance 조건에서 수집한 77200만 개의 $B\bar{B}$ 쌍으로 구성된 전체 데이터 샘플을 사용한다.
• $\phi_3$ 매개변수는 밀도 분포의 피팅을 통해 추출되며, 실험적 오차와 강한 위상 정밀도로부터 기인한 시스템적 오차는 별도로 평가된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 모델에 의존하지 않는 밀도 분포 기법을 사용할 경우, CKM 각도 $\phi_3$의 값은 얼마인가?
• RQ2 D → K_S^0π^+π^-에서의 강한 위상 매개변수 정밀도가 $\phi_3$의 정밀도에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 박스형, 모델에 의존하지 않는 접근 방식은 매개변수 모델 대비 $\phi_3$ 측정에서 이론적 편향을 줄일 수 있는가?
• RQ4 실험적 오차와 강한 위상 정밀도 오차가 $\phi_3$의 최종 오차에 각각 어떤 기여를 하는가?

주요 결과

• $\phi_3$의 측정된 값은 $(77.3^{+15.1}_{-14.9} \pm 4.2 \pm 4.3)^\circ$이며, 첫 번째 오차는 통계적 오차, 두 번째는 실험적 시스템적 오차, 세 번째는 CLEO의 강한 위상 매개변수 정밀도로부터 기인한 오차이다.
• 억제된 진폭 비율 $r_B$는 $0.145 \pm 0.030 \pm 0.011 \pm 0.011$로 측정되었으며, 이는 억제된 B 붕괴 진폭의 상대 강도를 반영한다.
• 모델에 의존하지 않는 방법이 $D \to K_S^0\pi^+\pi^-$ 진폭에 대한 가정을 피함으로써, $\phi_3$ 결정 과정에서의 이론적 편향을 줄였다.
• 결과는 이전 측정과 일치하지만, 매개변수 진폭 모델에 대한 의존도가 감소하여 유리하다.
• $\phi_3$의 주요 오차는 통계적 오차에서 기인하며, 그 다음으로 실험적 시스템적 오차와 강한 위상 정밀도 오차가 이어진다.
• 분석은 $B \to DK$ 붕괴에서 정밀한 $\phi_3$ 측정을 위한 밀도 분포 기반의 박스형, 모델에 의존하지 않는 기법의 실현 가능성과 강력함을 입증한다.