[논문 리뷰] Measurement of branching fractions for two-body charmless B decays to charged pions and kaons at BABAR

B. Aubert|arXiv (Cornell University)|2000. 07. 27.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 2

한 줄 요약

이 연구는 PEP-II에서 BABAR 검출기로 수집한 880만 개의 B̄B̄ 쌍을 이용하여, 쿠르르 없는 이체 B 메손 붕괴에서 충전된 파이 및 카이 중간자가 발생하는 분해율을 측정한다. 측정된 분해율은 B(B⁰ → π⁺π⁻) = (9.3⁺².⁶₋².³⁺¹.²₋₁.⁴) × 10⁻⁶ 및 B(B⁰ → K⁺π⁻) = (12.5⁺³.⁰₋².⁶⁺¹.³₋₁.⁷) × 10⁻⁶이며, 90% 신뢰수준에서 B(B⁰ → K⁺K⁻) < 6.6 × 10⁻⁶의 상한선이 제시된다.

ABSTRACT

We present preliminary results of a search for charmless two-body B decays to charged pions and kaons using data collected by the BABAR detector at the Stanford Linear Accelerator Center's PEP-II storage ring. In a sample of 8.8 million produced B-anti-B pairs we measure the branching fractions B(B^0 --&gt; pi^+pi^-) = (9.3^{+2.6}_{-2.3}^{+1.2}_{-1.4}) x 10^{-6} and B(B^0 --&gt; K^+\\pi^-) = (12.5^{+3.0}_{-2.6}^{+1.3}_{-1.7}) x 10^{-6}, where the first uncertainty is statistical and the second is systematic. For the decay B^0 --&gt; K^+K^- we find no significant signal and set an upper limit of B(B^0 --&gt; K^+K^-) &lt; 6.6 x 10^{-6} at the 90% confidence level.

연구 동기 및 목표

• BABAR 실험의 데이터를 이용하여 쿠르르 없는 이체 B 붕괴에서 충전된 파이 및 카이 중간자가 발생하는 분해율을 측정하는 것.
• 표준모형에서 매우 억제되는 B⁰ → K⁺K⁻ 붕괴를 탐색하여 새로운 물리학을 탐지하는 데 기여하는 것.
• CP 위반과 새로운 물리학 기여에 민감한 B⁰ → π⁺π⁻ 및 B⁰ → K⁺π⁻ 붕괴의 측정 정밀도를 향상시키는 것.
• 분해율 측정의 체계적 및 통계적 오차를 정량화하여 이론적 및 현상학적 비교를 향상시키는 것.
• 90% 신뢰수준에서 희귀 붕괴 B⁰ → K⁺K⁻의 분해율에 대한 엄격한 상한선을 설정하는 것.

제안 방법

• 880만 개의 B̄B̄ 쌍은 PEP-II 비대칭 에너지 e⁺e⁻ 저장 고리에서 BABAR 검출기를 사용하여 수집되었다.
• 최종 상태 입자를 입자 식별 기술을 이용하여 충전된 파이 및 카이 중간자로 식별함으로써 붕괴 재구성 작업을 수행하였다.
• 재구성된 붕괴 모드의 진동 질량 분포에 대한 최대우도 적합을 통해 신호 수확량을 추출하였다.
• 선택 기준, 입자 식별 효율, 배경 모델링을 변화시켜 체계적 오차를 평가하였다.
• 검출 효율 및 B 붕괴 모드의 분해율 보정을 고려한 신호 사건 수와 총 B̄B̄ 쌍 수의 비율을 통해 분해율을 계산하였다.
• B⁰ → K⁺K⁻ 모드의 경우 유의미한 신호가 관측되지 않아 90% 신뢰수준에서 프로파일-우도 방법을 사용하여 상한선을 설정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 쿠르르 없는 붕괴 B⁰ → π⁺π⁻의 분해율은 얼마이며, 측정 정밀도는 어떠한가?
• RQ2 B⁰ → K⁺π⁻ 붕괴의 분해율은 얼마이며, 통계적 및 체계적 오차 기여는 무엇인가?
• RQ3 희귀 붕괴 B⁰ → K⁺K⁻에 대해 유의미한 신호가 관측되는가? 만약 그렇지 않다면 어떤 상한선을 설정할 수 있는가?
• RQ4 측정된 분해율은 표준모형 예측과 비교하여 어떻게 일치하는가? 새로운 물리학 제약 조건은 무엇인가?
• RQ5 배경 기여와 검출기 효율을 고려한 후 관측된 수확량의 의미는 무엇인가?

주요 결과

• B(B⁰ → π⁺π⁻)의 측정된 분해율은 (9.3⁺².⁶₋².³⁺¹.²₋₁.⁴) × 10⁻⁶이며, 통계적 및 체계적 오차를 포함한다.
• B(B⁰ → K⁺π⁻)의 분해율은 (12.5⁺³.⁰₋².⁶⁺¹.³₋₁.⁷) × 10⁻⁶로 측정되었으며, 이는 이전 측정보다 정밀도 향상을 반영한다.
• B⁰ → K⁺K⁻ 붕괴에 대해 유의미한 신호가 관측되지 않아 90% 신뢰수준에서 상한선 B(B⁰ → K⁺K⁻) < 6.6 × 10⁻⁶이 설정되었다.
• 통계적 오차는 재구성된 사건 수에 의해 주로 결정되며, 체계적 오차는 입자 식별 및 배경 모델링에서 기인한다.
• 측정 결과는 이러한 희귀 붕괴에 대해 표준모형 예측과 일치하며, 새로운 물리학의 명백한 편향 없이 이 수준에서 새로운 물리학의 징후는 관측되지 않는다.
• 분해율 측정에서 달성된 정밀도는 유니타리 삼각형 검증과 B 메손 붕괴에서의 CP 위반 탐색에 있어 유용한 정보를 제공한다.