[논문 리뷰] LHCb Results on Semileptonic B/B$_s$/$\Lambda_b$ Decays

C. Bozzi|arXiv (Cornell University)|2013. 03. 18.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 2인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 LHCb가 √s = 7 및 8 TeV에서 3 fb$^{-1}$의 pp 충돌 데이터를 사용하여 B, B$_s$, 및 Λ$_b$ 하드론의 반레프톤 붕괴를 측정한다. 캐러먼-뮤온 쌍을 재구성하고, b-하드론의 비행 방향을 결정하기 위해 복사점 분리 기법을 활용함으로써, LHCb는 b-하드론의 생성 분율을 정밀하게 측정하고, 현재까지 가장 정밀한 B$_s$ 시스템의 반레프톤 CP 비대칭 측정을 수행한다.

ABSTRACT

Studies of semileptonic decays of b hadrons with the LHCb experiment are reported. In particular, measurements of the b hadron production fractions at the LHC and Bs semileptonic decays in P-wave charmed mesons are presented. An outlook of the LHCb potential in measuring the CKM matrix elements Vub and Vcb, as well as decays involving taus, is given.

연구 동기 및 목표

• LHC에서 B$^0$ 및 B$^+$ 메손에 비해 B$_s$ 및 Λ$_b$ 하드론의 생성 분율을 측정하기 위해.
• 현재까지 가장 정밀한 B$_s$ 시스템의 반레프톤 CP 비대칭 측정을 수행하기 위해.
• 독립적인 반레프톤 붕괴 분석을 통해 미래에 |V$_{cb}$| 및 |V$_{ub}$|의 CKM 행렬 원소를 고정밀도로 결정할 수 있도록 하기 위해.
• P-파 캐러먼 메손과 반경 방출 상태를 재구성하여 포함형 반레프톤 폭의 구성 요소를 조사하기 위해.
• 뉴트리노 재구성 과제가 있음에도 불구하고 B → D(∗)τ⁻ν 붕괴 측정의 가능성을 탐색하기 위해.

제안 방법

• 최종 상태로 D$^0$, D$^+$, D$_s^+$, 또는 Λ$_c^+$와 뮤온을 포함하는 반레프톤 붕괴를 재구성하고, b-하드론 기원을 식별하기 위해 복사점 분리를 활용한다.
• 즉각적인 캐러먼 배경을 억제하기 위해 영향 계수 요구 조건을 적용한다.
• q²와 강입자 질량(m(D$_s^+$μ) 또는 m(Λ$_c^+$μ))에 대한 이차원 피팅을 통해 신호 성분을 분리하고 배경을 추정한다.
• b-하드론의 정지 프레임에서 주요 및 보조 복사점 간의 분리를 이용하여 뉴트리노 운동량 재구성을 이중 해석으로 수행한다.
• 3 fb$^{-1}$ 데이터 샘플을 사용하여 위상속도(η) 및 횡방향 운동량(p$_T$)의 영역에 따라 생성 분율을 측정한다.
• D$^0$K$^\pm$ 또는 D$^0$p 최종 상태를 재구성하여 교차 유입 기여를 고려하고, 이소스피너 대칭을 활용하여 피드다운 효과를 추정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LHC에서 B$_s$ 및 Λ$_b$ 하드론의 생성 분율은 B$^0$ 및 B$^+$ 메손에 비해 어떻게 되는가?
• RQ2 B$_s$ 시스템에서 반레프톤 CP 비대칭을 가장 정밀하게 측정한 결과는 무엇인가?
• RQ3 B$_s$ 및 Λ$_b$의 독립적인 반레프톤 붕괴는 |V$_{cb}$| 및 |V$_{ub}$|를 고정밀도로 결정하는 데 사용될 수 있는가?
• RQ4 P-파 캐러먼 메손과 반경 방출 상태는 포함형 반레프톤 폭에 어떤 기여를 하는가?
• RQ5 뉴트리노 재구성 과제가 있음에도 불구하고 B → D(∗)τ⁻ν 붕괴 측정은 LHCb에서 가능할 수 있는가?

주요 결과

• B$_s$ 생성 분율은 fs/(fu + fd) = 0.134 ± 0.004(통계) ± 0.011(계측) −0.010(계측)로 측정되었으며, p$_T$ 의존성이 유의미하지 않다.
• Λ$_b$ 생성 분율은 f$_{\Lambda b}$/(fu + fd) = (0.404 ± 0.017(통계) ± 0.027(계측) ± 0.105(계측)) × [1 − (0.031 ± 0.004)p$_T$]로 측정되었으며, p$_T$ 의존성이 있다.
• B$_s$ → D$_{s2}^{*+}$ Xμν의 반레프톤 붕괴가 처음으로 관측되었으며, B$_s$ → D$_{s1}^{+}$ Xμν의 측정이 현재까지 가장 정밀하게 수행되었다.
• B$_s$ → D$_s^+$ Xμν 붕괴에서 확보한 q² 해상도는 약 0.4 GeV²로, B-팩토리 측정과 유사하다.
• q²와 m(D$_s^+$μ)에 대한 이차원 피팅이 성공적으로 신호 성분을 분리하였으며, P-파 D 메손과 D$^{*+}$를 포함한다.
• 세 개의 가지로 나뉘는 타우 붕괴와 네 중 해석이 있는 뉴트리노 재구성을 활용하여 B → D(∗)τ⁻ν 붕괴 측정의 가능성을 입증하였다.