[논문 리뷰] Measurement of branching-fraction ratios and $CP$ asymmetries in $B^{\pm} o D_{CP\pm}K^{\pm}$ decays at Belle and Belle II

Belle, The, Collaborations, Belle II외 428명|arXiv (Cornell University)|2023. 01. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 벨과 벨 둘레 데이터를 조합하여 B± → DCP±K± 붕괴에서 CP 대칭 위반과 분해율 비율을 측정하여 CKM 각 ϕ3에 대한 새로운 제약 조건을 제시한다. 결과로 ACP+ = (+12.5 ± 5.8 ± 1.4)% 및 ACP− = (−16.7 ± 5.7 ± 0.6)%를 도출하였으며, 이들의 차이는 3.5σ의 유의성 수준을 보이며, ϕ3에 대한 68.3% 신뢰구간과 rB의 범위를 도출한다.

ABSTRACT

We report results from a study of $B^\pm ightarrow DK^\pm$ decays followed by $D$ decaying to $CP$~eigenstates, where $D$ indicates a $D^0$ or $\bar{D}^{0}$ meson. These decays are sensitive to the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa unitarity-triangle angle $\phi_{3}$. The results are based on a combined analysis of the final data set of $772 imes 10^6~B\bar{B}$ pairs collected by the Belle experiment and a data set of $198 imes 10^6~B\bar{B}$ pairs collected by the Belle~II experiment, both in electron-positron collisions at the $\Upsilon(4S)$ resonance. We measure the $CP$ asymmetries to be $\mathcal{ A}_{CP +} =~(+12.5 \pm 5.8 \pm 1.4)\% $ and $\mathcal{ A}_{CP -} =~(-16.7 \pm 5.7 \pm 0.6)\%$, and the ratios of branching fractions to be $\mathcal{ R}_{CP+}=~1.164 \pm 0.081 \pm 0.036 $ and $\mathcal{ R}_{CP-} =~1.151 \pm 0.074 \pm 0.019$. The first contribution to the uncertainties is statistical, and the second is systematic. The asymmetries $\mathcal{A}_{CP +}$ and $\mathcal{A}_{CP -}$ have similar magnitudes and opposite signs; their difference corresponds to 3.5~standard deviations. From these values we calculate 68.3% confidence intervals of ($8.5^{\circ}<\phi_{3}<16.5^{\circ}$) or ($84.5^{\circ}<\phi_{3}<95.5^{\circ}$) or ($163.3^{\circ}<\phi_{3}<171.5^{\circ}$) and $0.321

연구 동기 및 목표

• B± → DCP±K± 붕괴에서 CP 비대칭과 분해율 비율을 측정하여 CKM 각 ϕ3를 탐색한다.
• 벨과 벨 둘레 실험의 데이터를 조합하여 ϕ3에 대한 제약 조건을 향상시킨다.
• 두 실험에서 확보한 고통계량 B̄B 쌍을 활용하여 ϕ3 결정의 불확도를 감소시킨다.
• D 메손의 CP 고유상태를 포함한 B-메손 붕괴에서 표준모형의 일관성을 시험한다.
• 통계적 및 시스템적 불확도를 포함한 ACP± 및 RCP±의 정밀 측정을 제공한다.

제안 방법

• Υ(4S) 공진해에서 수집한 벨의 772 × 10⁶개, 벨 둘레의 198 × 10⁶개의 B̄B 쌍을 조합한다.
• D 메손이 Kπ, K̄π 등과 같은 CP 고유상태로 붕괴하는 B± → DCP±K± 붕괴를 재구성한다.
• 신호 수확량과 CP 비대칭을 추출하기 위해 비구속 확장 최대우도 적합을 수행한다.
• 제어 샘플을 사용하여 검출기 효율, 재구성 편향 및 배경 기여에 대한 보정을 적용한다.
• 신호 및 배경 모델링, 질량 해상도, 적합 절차에 대한 전용 연구를 통해 시스템적 불확도를 평가한다.
• 측정된 ACP± 및 RCP±를 이론적 관계를 통해 유니티 삼각형 내에서 ϕ3와 강한 위상 비율 rB에 대한 제약 조건을 도출한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 B± → DCP±K± 붕괴에서 측정된 CP 비대칭 ACP+와 ACP−는 각각 얼마인가?
• RQ2 분해율 비율 RCP+와 RCP−는 얼마이며, ϕ3를 어떻게 제약하는가?
• RQ3 ACP+와 ACP−의 차이는 얼마나 유의미하며, ϕ3에 대해 어떤 함의를 갖는가?
• RQ4 측정 데이터로부터 유도된 ϕ3에 대한 68.3% 신뢰구간은 무엇인가?
• RQ5 측정 결과에 기반한 강한 위상 비율 rB의 허용 범위는 무엇인가?

주요 결과

• 측정된 CP 비대칭 ACP+는 (+12.5 ± 5.8 ± 1.4)%이며, 통계적 및 시스템적 불확도를 포함한다.
• 측정된 CP 비대칭 ACP−는 (−16.7 ± 5.7 ± 0.6)%이며, 통계적 및 시스템적 불확도를 포함한다.
• ACP+와 ACP−의 차이는 3.5 표준편차 수준에서 유의미하다.
• 분해율 비율 RCP+는 1.164 ± 0.081 ± 0.036로 측정되었다.
• 분해율 비율 RCP−는 1.151 ± 0.074 ± 0.019로 측정되었다.
• ϕ3에 대한 68.3% 신뢰구간은 (8.5° < ϕ3 < 16.5°), (84.5° < ϕ3 < 95.5°), 또는 (163.3° < ϕ3 < 171.5°)이며, 강한 위상 비율 rB는 0.321 < rB < 0.465 범위로 제약된다.