[논문 리뷰] Measurement of the Decays $B^0_s o J/\psi\,\phi(1020)$, $B^0_{s} o J/\psi\,f'_2(1525)$ and $B^0_s o J/\psi\,K^+K^-$ at Belle

F. Thörne, C. Schwanda외 148명|arXiv (Cornell University)|2013. 09. 03.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 KEKB에서 벨 실험의 121.4 fb$^{-1}$ 데이터를 사용하여 $B^0_s \to J/\psi\,\phi(1020)$, $B^0_s \to J/\psi\,f'_2(1525)$, 및 $B^0_s \to J\psi\,K^+K^-$ 붕괴의 정밀 측정을 제시한다. 절대 분열 분율은 전체 체계적 오차와 $f_s$-관련 오차를 포함하여 보고되며, $\phi(1020)$ 질량 영역 내에서의 $S$-파 기여가 처음으로 결정된다.

ABSTRACT

We report a measurement of the branching fraction of the decay $B^0_s o J/\psi\,\phi(1020)$, evidence and a branching fraction measurement for $B^0_s o J/\psi\,f'_2(1525)$, and the determination of the total $B^0_s o J/\psi\,K^+K^-$ branching fraction, including the resonant and non-resonant contributions to the $K^+K^-$ channel. We also determine the $S$-wave contribution within the $\phi(1020)$ mass region. The absolute branching fractions are $\mathcal{B}[B^0_s o J/\psi\,\phi(1020)]=(1.25 \pm 0.07\left(\mathrm{stat} ight)\pm 0.08\left(\mathrm{syst} ight)\pm 0.22\left(f_s ight)) imes 10^{-3}$, $\mathcal{B}[B^0_s o J/\psi\,f'_2(1525)]=(0.26\pm 0.06\left(\mathrm{stat} ight)\pm 0.02\left(\mathrm{syst} ight) \pm 0.05\left(f_s ight)) imes 10^{-3}$ and $\mathcal{B}[B^0_s o J/\psi\,K^+K^-] = (1.01\pm 0.09\left(\mathrm{stat} ight) \pm 0.10\left(\mathrm{syst} ight)\pm 0.18\left(f_s ight)) imes 10^{-3}$, where the last systematic error is due to the branching fraction of $b\bar{b} o B^{(*)}_s B^{(*)}_s$. The branching fraction ratio is found to be $\mathcal{B}[B^0_s o J/\psi\,f'_2(1525)]/\mathcal{B}[B^0_s o J/\psi\,\phi(1020)]=(21.5\pm 4.9\left(\mathrm{stat} ight) \pm2.6\left(\mathrm{syst} ight))%$. All results are based on a 121.4 fb$^{-1}$ data sample collected at the $\Upsilon(5S)$ resonance by the Belle experiment at the KEKB asymmetric-energy $e^+e^-$ collider.

연구 동기 및 목표

• 고정밀도로 $B^0_s \to J/\psi\,\phi(1020)$ 의 절대 분열 분율을 측정하기 위해.
• $B^0_s \to J/\psi\,f'_2(1525)$ 붕괴에 대한 증거를 확립하고 그 분열 분율을 결정하기 위해.
• $B^0_s \to J/\psi\,K^+K^-$ 의 총 분열 분율을 결정하기 위해, 이는 공명 및 비공명 기여를 포함한다.
• $K^+K^-$ 최종 상태에서 $\phi(1020)$ 질량 영역 내 $S$-파 기여를 정량화하기 위해.
• $f_s$-관련 체계적 오차를 고려하여 $B^0_s$ 붕괴 분열 분율의 오차를 감소시키기 위해.

제안 방법

• 벨 검출기에서 $\Upsilon(5S)$ 공진 상태에서 수집한 $e^+e^-$ 충돌 데이터 121.4 fb$^{-1}$ 분석.
• $J/\psi \to \mu^+\mu^-$ 및 최종 상태 $K^+K^-$ 또는 $\phi(1020) \to K^+K^-$ 모드를 통한 $B^0_s$ 붕괴 재구성.
• $K^+K^-$ 최종 상태에서 공명 및 비공명 기여를 분리하기 위해 진폭 분석의 사용.
• 신호 감도를 향상시키기 위해 $J/\psi \to \mu^+\mu^-$ 에 대해 부분 재구성 기법을 적용.
• $b\bar{b} \to B^{(*)}_s B^{(*)}_s$ 분열 분율에서 유래하는 $f_s$-관련 체계적 오차를 통합.
• 신호 및 배경 모델을 사용하여 관측 질량 분포를 피팅하여 분열 분율과 비율을 추출.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 $B^0_s \to J/\psi\,\phi(1020)$ 의 절대 분열 분율은 모든 체계적 오차와 $f_s$-관련 오차를 포함하여 얼마인가요?
• RQ2 $B^0_s \to J/\psi\,f'_2(1525)$ 붕괴에 대한 증거가 있는가, 그리고 그 분열 분율은 얼마인가요?
• RQ3 $B^0_s \to J/\psi\,K^+K^-$ 의 총 분열 분율은 모든 공명 및 비공명 기여를 포함하여 얼마인가요?
• RQ4 $K^+K^-$ 최종 상태에서 $\phi(1020)$ 질량 영역 내 $S$-파 진폭의 기여는 얼마인가요?
• RQ5 $\mathcal{B}[B^0_s \to J/\psi\,f'_2(1525)] / \mathcal{B}[B^0_s \to J/\psi\,\phi(1020)]$ 의 분열 분율 비율은 얼마인가요?

주요 결과

• $B^0_s \to J/\psi\,\phi(1020)$ 의 절대 분열 분율은 $(1.25 \pm 0.07_{\text{stat}} \pm 0.08_{\text{syst}} \pm 0.22_{f_s}) \times 10^{-3}$ 로 측정되었다.
• $B^0_s \to J/\psi\,f'_2(1525)$ 붕괴에 대한 증거가 확립되었으며, 분열 분율은 $(0.26 \pm 0.06_{\text{stat}} \pm 0.02_{\text{syst}} \pm 0.05_{f_s}) \times 10^{-3}$ 로 측정되었다.
• $B^0_s \to J/\psi\,K^+K^-$ 의 총 분열 분율은 $(1.01 \pm 0.09_{\text{stat}} \pm 0.10_{\text{syst}} \pm 0.18_{f_s}) \times 10^{-3}$ 로 결정되었으며, 모든 기여를 포함한다.
• $\mathcal{B}[B^0_s \to J/\psi\,f'_2(1525)] / \mathcal{B}[B^0_s \to J/\psi\,\phi(1020)]$ 의 분열 분율 비율은 $(21.5 \pm 4.9_{\text{stat}} \pm 2.6_{\text{syst}})\%$ 로 측정되었다.
• $\phi(1020)$ 질량 영역 내 $S$-파 기여는 $K^+K^-$ 최종 상태 분석의 일부로 정량화되었다.
• 결과는 $\Upsilon(5S)$ 공진 상태에서 수집한 121.4 fb$^{-1}$ 데이터 샘플에 기반하며, $B^0_s$ 붕괴 측정의 정밀도를 향상시켰다.