[논문 리뷰] Inclusive semileptonic decays of charm and charmed-strange mesons

D. M. Asner|arXiv (Cornell University)|2009. 12. 21.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 $D^0$, $D^+$, 및 $D^+_s$ 메손에 대한 포함형 반레프톤 붕괴 분율을 정밀하게 측정하였으며, $\sqrt{s} = 3.774$ GeV 및 $4.170$ GeV에서의 전체 CLEO-c 데이터 샘플을 사용하였다. 그 결과 $\mathcal{B}(D^0 \to X e^+ \nu_e) = 6.46 \pm 0.09 \pm 0.11\%$, $\mathcal{B}(D^+ \to X e^+ \nu_e) = 16.13 \pm 0.10 \pm 0.29\%$, 및 $\mathcal{B}(D^+_s \to X e^+ \nu_e) = 6.52 \pm 0.39 \pm 0.15\%$를 도출하였다. $D^+$ 및 $D^0$의 반레프톤 붕괴 폭 비율은 이소스핀 대칭성과 일치하는 반면, $D^+_s$의 비율은 스트랭전 쿼크의 질량 영향으로 예상되는 바와 같이 1에서 벗어나 있다.

ABSTRACT

We have measured the inclusive semileptonic branching fractions of $D^0$, $D^+$, and $D^+_s$ mesons. For these measurements, we have used the full CLEO-c open-charm data samples, 818 pb$^{-1}$ at $E_ ext{CM} = 3.774$ GeV, giving $D^0 \bar{D}^0$ and $D^+ D^-$ events, and 602 pb$^{-1}$ at $E_ ext{CM} = 4.170$ GeV, giving $D^{\ast \pm}_s D^\mp_s$ events. We obtain $\mathcal{B}(D^0 o X e^+ u_e) = (6.46 \pm 0.09 \pm 0.11)$%, $\mathcal{B}(D^+ o X e^+ u_e) = (16.13 \pm 0.10 \pm 0.29)$%, and $\mathcal{B}(D^+_s o X e^+ u_e) = (6.52 \pm 0.39 \pm 0.15)$%, where the first uncertainties are statistical and the second are systematic. From these and lifetimes obtained elsewhere, we obtain the ratios of semileptonic decay widths $\Gamma (D^+ o X e^+ u_e) / \Gamma (D^0 o X e^+ u_e) = 0.985 \pm 0.015 \pm 0.024$ and $\Gamma (D^+_s o X e^+ u_e) / \Gamma (D^0 o X e^+ u_e) = 0.828 \pm 0.051 \pm 0.025$. The ratio of $D^+$ and $D^0$ is consistent with the isospin symmetry prediction of unity, and the ratio of $D^+_s$ and $D^0$ differs from unity, as expected.

연구 동기 및 목표

• 고통수 CLEO-c 데이터 샘플을 사용하여 $D^0$, $D^+$, 및 $D^+_s$ 메손의 포함형 반레프톤 분율을 측정하기.
• $D^+$ 및 $D^0$ 메손의 반레프톤 붕괴 비율을 비교하여 이소스핀 대칭성 예측을 검증하기.
• $D^+_s$ 메손의 반레프톤 붕괴 폭 비율을 평가하여, 스트랭전 쿼크의 질량 영향으로 인해 1에서 벗어나야 한다는 기대와 일치하는지 확인하기.
• $|V_{cd}|$ 및 $|V_{cs}|$ 결정에 사용하기 위한 캐롬 메손의 반레프톤 붕괴 매개변수의 정밀도를 향상시키기.

제안 방법

• 데이터는 $\sqrt{s} = 3.774$ GeV에서 수집되었으며, 이는 $D^0 \bar{D}^0$ 쌍을 생성하고, $\sqrt{s} = 4.170$ GeV에서 수집되었으며, 이는 $D^{*\pm}_s D^\mp_s$ 쌍을 생성한다.
• 포함형 반레프톤 붕괴는 고운동량 전자 또는 양전자를 식별하고, 뉴트리노와 일치하는 부족 에너지/운동량을 고려하여 재구성하였다.
• 역행성 및 기하학적 변수(예: 진동 질량 및 에너지 제약 조건)를 사용하여 배경를 억제하였다.
• 선택 기준를 변화시키고 제어 샘플을 사용하여 시스템적 불확실성을 평가하였다.
• 측정된 사건 수와 알려진 재구성 효율을 사용하여 분율을 추출하였다.
• 붕괴 폭 비율은 분율과 다른 실험에서 독립적으로 측정된 수명을 사용하여 유도되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 $D^0 \to X e^+ \nu_e$의 포함형 반레프톤 분율은 얼마인가요?
• RQ2 $D^+ \to X e^+ \nu_e$의 포함형 반레프톤 분율은 얼마인가요?
• RQ3 $D^+_s \to X e^+ \nu_e$의 포함형 반레프톤 분율은 얼마인가요?
• RQ4 $D^+$ 및 $D^0$의 반레프톤 붕괴 폭은 어떻게 비교되며, 이는 이소스핀 대칭성과 일치합니까?
• RQ5 $D^+_s$의 반레프톤 붕괴 폭은 $D^0$과 비교하여 어떻게 되며, 스트랭전 쿼크의 질량 영향으로 인해 기대되는 바와 같이 1에서 벗어나나요?

주요 결과

• $D^0 \to X e^+ \nu_e$의 포함형 반레프톤 분율은 $6.46 \pm 0.09 \pm 0.11\%$로 측정되었다.
• $D^+ \to X e^+ \nu_e$의 분율은 $16.13 \pm 0.10 \pm 0.29\%$이며, 이소스핀 대칭성 예측과 일치한다.
• $D^+_s \to X e^+ \nu_e$의 분율은 $6.52 \pm 0.39 \pm 0.15\%$이며, 통계적 자료가 제한되어 있어 큰 불확실성을 가진다.
• $D^+ \to X e^+ \nu_e$의 반레프톤 붕괴 폭 비율 $\Gamma(D^+ \to X e^+ \nu_e) / \Gamma(D^0 \to X e^+ \nu_e)$는 $0.985 \pm 0.015 \pm 0.024$이며, 이소스핀 대칭성 예측과 일치하는 1에 가깝다.
• $D^+_s \to X e^+ \nu_e$의 반레프톤 붕괴 폭 비율 $\Gamma(D^+_s \to X e^+ \nu_e) / \Gamma(D^0 \to X e^+ \nu_e)$는 $0.828 \pm 0.051 \pm 0.025$이며, 스트랭전 쿼크의 질량 영향으로 인해 예상되는 바와 같이 1에서 벗어나 있다.