[논문 리뷰] Measurements of Branching Fractions and CP-Violating Asymmetries in B-Meson Decays to the Charmless Two-Body States K0pi+, K0barK+, and K0K0bar

B. Aubert, Collaboration, BABAR|ArXiv.org|2004. 08. 17.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 B A B AR 실험에서 확보한 22700만 개의 $B\bar{B}$ 사건을 이용해 캐러멜리스 두 개체 붕괴에서 분열 분율과 CP 위반 비대칭성을 초도적으로 측정한다. $K^0\bar{K}^0$, $K^0\bar{K}^0$, 및 $K^0\bar{K}^0$ 최종 상태에서의 붕괴를 다룬다. 연구는 $B^0 \to K^0\bar{K}^0$ 붕괴의 최초 관측를 4.5σ의 유의수준으로 보고하며, 이는 이전 결과와 일치하지만 데이터 크기가 2.6배 증가함에 따라 정밀도가 향상된 결과이다.

ABSTRACT

We present preliminary measurements of branching fractions and CP-violating asymmetries in decays of B mesons to two-body final states containing a K0. The results are based on a data sample of approximately 227 million Upsilon(4S) decays collected with the BABAR detector at the PEP-II asymmetric-energy B Factory at SLAC. We measure BF(B+ --> K0pi+) = (26.0 +/- 1.3 +/- 1.0) x 10-6, BF(B+ --> K0barK+) = (1.45 +0.53 -0.46 +/- 0.11) x 10-6 (< 2.35 x 10-6), and BF(B0 --> K0K0bar) = (1.19 +0.40 -0.35 +/- 0.13) x 10^-6, where the first uncertainty is statistical and the second is systematic, and the upper limit is at a 90% confidence level. The significance of the BF(B+ --> K0barK+) and BF(B0 --> K0K0bar) results are 3.5 sigma and 4.5 sigma, respectively, including systematic uncertainties. In addition, we obtain a measurement of the CP-violating asymmetry for the BF(B+ --> K0pi+) mode and we determine a 90% confidence-level interval for the asymmetry in the BF(B+ --> K0barK+) mode: ACP(B+ --> K0pi+) = -0.087 +/- 0.046 +/- 0.010 and ACP(B+ --> K0barK+) is in [-0.43, 0.68].

연구 동기 및 목표

• B A B AR 실험에서 확보한 대량의 데이터 샘플을 이용해 $K^0\pi^+$, $\bar{K}^0K^+$, 및 $K^0\bar{K}^0$ 최종 상태로의 캐러멜리스 두 개체 붕괴의 분열 분율을 측정하기 위해.
• 이 붕괴에서 직접 CP 위반을 탐색하기 위해 CP 위반 비대칭성을 측정하기 위해.
• 이전 연구보다 2.6배 더 큰 데이터 샘플을 사용하여 분열 분율 및 CP 비대칭성 측정의 정밀도를 향상시키기 위해.
• 낮은 신호 유의수준으로 인해 $B^+ \to \bar{K}^0K^+$ 붕괴 모드의 분열 분율에 대해 상한선을 설정하기 위해.
• 결과의 신뢰성을 확보하기 위해 PDF 파라미터화, 트래킹, $K^0_S$ 재구성, 검출기 반응 등의 체계적 불확실성 평가를 위해.

제안 방법

• 분석은 PEP-II 비대칭 에너지 $B$-팩토리에서 B A B AR 검출기가 확보한 약 22700만 개의 $B\bar{B}$ 사건 샘플을 사용한다.
• 신호 사건은 $m_{\text{ES}}$ (에너지 빼기 질량) 및 $\Delta E$ (에너지 차이)와 같은 운동량 변수를 이용해 재구성되며, 신호 및 배경 PDF는 확장된 비분할 최대우도 적합을 통해 모델링된다.
• 체계적 불확실성은 PDF 파라미터를 그들의 $1\sigma$ 불확실성 내에서 변화시키고, 대체 파라미터화를 시험함으로써 평가되며, 트래킹, $K^0_S$ 재구성, 검출기 전하 편향의 기여도를 포함한다.
• 신호 유의수준은 최적 적합과 영신호 가설 간의 $-2\ln\mathcal{L}$ 차이의 제곱근으로 계산된다.
• 분열 분율 상한선은 우도 비율에서 유도되며, 우도 함수의 적분을 이용해 90% 신뢰수준 상한선을 설정한다.
• CP 비대칭성은 적합에서 추출되며, PDF 변형 및 검출기 전하 편향의 불확실성은 제곱근 합으로 통합된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 분열 분율 $B^+ \to K^0\pi^+$는 얼마이며, 직접 CP 위반이 존재하는가?
• RQ2 분열 분율 $B^0 \to K^0\bar{K}^0$는 얼마이며, 이 채널의 최초 관측인가?
• RQ3 $B^+ \to \bar{K}^0K^+$ 붕괴 모드의 분열 분율에 대한 상한선은 얼마인가?
• RQ4 PDF 모델링 및 검출기 효과에서 기인하는 체계적 불확실성은 분열 분율 및 비대칭성 측정의 정밀도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 더 큰 데이터 샘플을 고려할 때 측정된 분열 분율 및 CP 비대칭성은 이전 측정과 일치하는가?

주요 결과

• 분열 분율 $B^+ \to K^0\pi^+$는 $(26.0 \pm 1.3 \pm 1.0) \times 10^{-6}$로 측정되었으며, 통계적 및 체계적 불확실성을 포함한다.
• $B^0 \to K^0\bar{K}^0$ 붕괴는 체계적 불확실성을 포함해 4.5σ의 유의수준으로 최초로 관측되었으며, 분열 분율은 $(1.19^{+0.40}_{-0.35} \pm 0.13) \times 10^{-6}$로 측정되었다.
• $B^+ \to \bar{K}^0K^+$ 붕괴는 관측되지 않았으며, 90% 신뢰수준에서 상한선 $2.35 \times 10^{-6}$이 설정되었다.
• 분열 분율 $B^+ \to K^0\pi^+$의 CP 위반 비대칭성은 ${\cal A}_{CP} = -0.087 \pm 0.046 \pm 0.010$로 측정되어 유의미한 CP 위반은 없음을 시사한다.
• $B^+ \to \bar{K}^0K^+$ CP 비대칭성의 90% 신뢰수준 간격은 $[-0.43, 0.68]$이며, CP 위반이 없음을 시사하는 데 일치한다.
• $B^+ \to \bar{K}^0K^+$ 신호의 유의수준은 체계적 불확실성을 포함해 $3.5\sigma$였으며, 의미 있는 관측이지만 아직 유의미한 관측은 아니라는 것을 확인한다.