[논문 리뷰] Measurement of the CKM angle $\gamma $ in the ${{{B} ^0} ightarrow {D} {{K} ^{*0}}}$ channel using self-conjugate ${D} ightarrow {{K} ^0_{ extrm{S}}} h^+ h^-$ decays

R. Aaij, Ahmed Sameh Wagih Abdelmotteleb외 1088명|arXiv (Cornell University)|2023. 01. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 38인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 B⁰ → D K*⁰ 붕괴에서 D → K₀ˢ h⁺h⁻ (h = π, K) 최종 상태를 포함한 모델에 의존하지 않는 CKM 각 γ 측정을 제시한다. 단계 공간 분포를 분석하고 CLEO 및 BESIII로부터의 강한 위상 입력을 활용하여, γ는 (49⁺²²₋₁₉)°로 결정되었으며, 이는 이전 LHCb 결과에 비해 CP 위반 관측량의 정밀도가 향상되었다.

ABSTRACT

A model-independent study of CP violation in $B^0 o DK^{*0}$ decays is presented using data corresponding to an integrated luminosity of 9fb$^{-1}$ collected by the LHCb experiment at centre-of-mass energies of $\sqrt{s}=7, \, 8$ and $13$TeV. The CKM angle $γ$ is determined by examining the distributions of signal decays in phase-space bins of the self-conjugate $D o K_S^0 h^+ h^-$ decays, where $h = π, K$. Observables related to CP violation are measured and the angle $γ$ is determined to be $γ=(49^{+ 22}_{-19})^\circ$. Measurements of the amplitude ratio and strong-phase difference between the favoured and suppressed $B^0$ decays are also presented.

연구 동기 및 목표

• B⁰ → D K*⁰ 붕괴를 이용한 CKM 각 γ의 모델에 의존하지 않는 결정.
• D 붕괴 진폭 모델을 피하고 외부 강한 위상 입력에 의존함으로써 시스템적 불확실성을 줄이기.
• 이전 LHCb 측정치에 비해 B⁰ → D K*⁰ 채널에서의 CP 위반 관측량의 정밀도 향상.
• 전역 CKM 단위 삼각형 피팅을 위한 강력하고 고정밀의 입력 제공.

제안 방법

• LHCb 실험에서 확보한 √s = 7, 8, 13 TeV에서의 pp 충돌 데이터 9 fb⁻¹를 사용.
• D 메손이 자기 수반 최종 상태 D → K₀ˢ h⁺h⁻ (h = π, K)로 붕괴하는 B⁰ → D K*⁰ 붕괴를 분석하여, 시간에 따라 변화하지 않는 분석 없이 단계 공간 빈으로 나누는 것이 가능하다.
• 다이리처트 플롯 단계 공간 빈에서의 빈화된 진폭 분석을 통해 CP 위반과 관련된 관측량을 추출.
• CLEO 및 BESIII 실험에서 확보한 강한 위상 매개변수 (cᵢ, sᵢ)를 외부 입력으로 사용하여 모델에 의존하는 가정을 피한다.
• rB⁰ 및 강한 위상 차이 δB⁰를 γ와 함께 측정하며, κ = 0.958⁺⁰.⁰⁰⁵₋₀.⁰⁴⁶는 이전 LHCb 진폭 분석에서 직접 입력된 값이다.
• 향상된 빈화 기법(예: D→K₀ˢπ⁺π⁻에 대해 N=8, D→K₀ˢK⁺K⁻에 대해 N=2인 2빈 기법)과 효율성 보정 전략을 적용하여 정밀도 향상.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 B⁰ → D K*⁰ 붕괴 채널에서 모델에 의존하지 않는 방식으로 CKM 각 γ의 값은 무엇인가?
• RQ2 B⁰ → D K*⁰에서의 CP 위반 관측량(rB⁰, δB⁰, γ)은 이전 LHCb 측정치와 어떻게 비교되는가?
• RQ3 CLEO 및 BESIII에서의 업데이트된 강한 위상 입력을 사용할 경우 γ 측정의 정밀도와 견고성은 얼마나 향상되는가?
• RQ4 특히 강한 위상 입력에 기인한 시스템적 불확실성은 최종 γ 결정에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• CKM 각 γ는 (49⁺²²₋₁₉)°로 측정되었으며, 통계적 불확실성이 지배적이며 시스템적 기여는 그보다 한 단계 작다.
• 이전 LHCb 결과인 γ = (71 ± 20)°와 일치하지만, 이 분석에서 rB⁰의 중심값이 낮아 상당한 향상은 아니다.
• rB⁰ 및 강한 위상 차이 δB⁰는 이전 연구에 비해 상당히 향상된 정밀도로 측정되었다.
• 이번에 보고된 CP 위반 관측량은 참조 문헌 [11]의 결과와 일치하며 이를 대체하며, 향후 전역 γ 조합에 더 적합하다.
• 강한 위상 관련 시스템적 불확실성은 CLEO 및 BESIII의 스미어링된 입력을 사용하여 철저히 모델링되었으며, 전역 피팅에 사용하기 위한 상관 행렬이 제공되었다.
• 이 B⁰ → D K*⁰ 분석과 이전 B± → Dh± 분석 간의 관측량 간 상관관계가 정량화되어 표 5에 제시되었으며, 전역 피팅에서 적절한 오차 전파를 가능하게 한다.