[논문 리뷰] Measurements of Branching Fractions and Direct CP Asymmetries in pi^+ pi^0, K^+ pi^0 and K^0 pi^0 B Decays

B. Aubert|ArXiv.org|2002. 07. 24.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 BaBar 실험에서 PEP-II에서 수집한 약 8800만 개의 B B̄ 쌍을 사용하여 B⁺→π⁺π⁰, B⁺→K⁺π⁰, 그리고 B⁰→K⁰π⁰ 붕괴에서 분열 분율과 직접 CP 위반의 初기 측정을 제시한다. 주요 결과는 유의미한 직접 CP 위반이 관측되지 않았으며, 비대칭성은 오차 범위 내에서 0과 일치한다: A_π⁺π⁰ = −0.03⁺⁰.¹⁸₋₀.¹⁷ ± 0.02, A_K⁺π⁰ = −0.09 ± 0.09 ± 0.01, 그리고 A_K⁰π⁰ = 0.03 ± 0.36 ± 0.09.

ABSTRACT

We present preliminary results of the analyses of B^+ --> h^+ pi^0 (with h^+ = pi^+, K^+) and B^0 --> K^0 pi^0 decays from a sample of approximately 88 million B bar{B} pairs collected by the BABAR detector at the PEP-II asymmetric-energy B Factory at SLAC. We measure the pi^+ pi^0 branching fraction and we obtain B(B^+ --> pi^+ pi^0) = (5.5^{+1.0}_{-0.9} +/- 0.6) times 10^{-6} with a significance of 7.7 sigma including systematic uncertainties. We measure the K^+ pi^0 and K^0 pi^0 branching fractions to be B(B^+ --> K^+ pi^0) = (12.8^{+1.2}_{-1.1} +/- 1.0) times 10^{-6} and B(B^0 --> K^0 pi^0) = (10.4 +/- 1.5 +/- 0.8) times 10^{-6}. At the same time, the direct CP-violating asymmetries are investigated and we find A_{pi^+ pi^0} = -0.03_{-0.17}^{+0.18} +/- 0.02, A_{K^+ pi^0} = -0.09 +/- 0.09 +/- 0.01 and A_{K^0 pi^0} = 0.03 +/- 0.36 +/- 0.09, where the errors are statistical and systematic, respectively.

연구 동기 및 목표

• 대규모 B B̄ 쌍 샘플을 사용하여 B⁺→π⁺π⁰, B⁺→K⁺π⁰, 그리고 B⁰→K⁰π⁰ 붕괴의 분열 분율을 고정밀도로 측정하는 것.
• CKM 각 α와 새로운 물리 기여에 민감한 이 붕괴 모드에서 직접 CP 위반을 조사하는 것.
• 분석 기술의 개선과 더 큰 통계량을 통해 이전 측정치보다 체계적 오차를 감소시키는 것.
• 특히 펜터니온 지배 및 트리 지배 모드에서 B 메손 붕괴의 표준모형 예측인 CP 위반을 테스트하는 것.
• CKM 유니타리 삼각형의 결정과 CKM 각 α의 추출을 위한 업데이트된 입력을 제공하는 것.

제안 방법

• 분석은 PEP-II 비대칭 에너지 B 패킷에서 BaBar 검출기에서 확보한 데이터를 사용하며, 약 8800만 개의 B B̄ 쌍에 해당한다.
• 신호 붕괴는 관측된 질량, 에너지 차이(ΔE), 피셔 판별식과 같은 운동량 및 위상 변수를 사용하여 재구성된다.
• 분열 분율은 신호 및 배경 성분에 대한 확장된 비구속 최대우도 적합을 통해 추출되며, 검출기 효율성과 재구성 효과를 보정한다.
• B⁰→K⁰π⁰의 경우, B⁰–B̄⁰ 혼합을 고려하기 위해 보정 인자 (1 + x_d²)를 적용하여 측정된 비대칭성을 직접 CP 비대칭 A_CP로 변환한다.
• 체계적 오차는 PDF 형상 변화, 태깅 효율성 및 오류 태깅 비율 변화, 그리고 잔여 무이성질 배경을 평가하기 위한 토이 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 평가된다.
• CP 비대칭성은 B⁰→K⁰π⁰의 경우 A_i = A_m^i · (1 + x_d²)로 정의되며, 음성 모드의 경우 A_i = A_m^i로 정의되며, x_d = Δm_d/Γ = 0.755 ± 0.015이다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 B⁺→π⁺π⁰ 붕괴의 분열 분율은 얼마이며, 얼마나 정밀하게 측정될 수 있는가?
• RQ2 B⁺→K⁺π⁰ 및 B⁰→K⁰π⁰ 붕괴 모드에서 직접 CP 위반이 증거로 존재하는가?
• RQ3 측정된 분열 분율과 CP 비대칭성은 표준모형 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 분열 분율 및 CP 비대칭성 측정에서 지배적인 체계적 오차의 원인은 무엇인가?
• RQ5 결과는 CKM 각 α를 제약하거나 표준모형 이외의 새로운 물리 현상을 시사하는가?

주요 결과

• B⁺→π⁺π⁰의 분열 분율은 (5.5⁺¹.⁰₋₀.⁹ ± 0.6) × 10⁻⁶로 측정되었으며, 체계적 오차를 포함한 유의수준은 7.7σ이다.
• B⁺→K⁺π⁰의 분열 분율은 (12.8⁺¹.²₋₁.¹ ± 1.0) × 10⁻⁶이며, B⁰→K⁰π⁰의 경우 (10.4 ± 1.5 ± 0.8) × 10⁻⁶이다.
• π⁺π⁰ 모드에서의 직접 CP 비대칭성은 A_π⁺π⁰ = −0.03⁺⁰.¹⁸₋₀.¹⁷ ± 0.02로 측정되었으며, 90% 신뢰수준 구간 [−0.32, 0.27] 내에서 0과 일치한다.
• K⁺π⁰의 경우 비대칭성은 A_K⁺π⁰ = −0.09 ± 0.09 ± 0.01이며, 90% 신뢰수준 구간 [−0.24, 0.06]에 있어 유의미한 CP 위반이 없음을 시사한다.
• K⁰π⁰ 모드에서는 A_K⁰π⁰ = 0.03 ± 0.36 ± 0.09로 측정되었으며, 90% 신뢰수준 구간 [−0.58, 0.64]에 있어 여전히 0과 일치한다.
• 체계적 오차는 K⁰π⁰ 채널에서 PDF 형상 변화와 태깅 효율성/오류 태깅 비율이 주요 기여를 하며, 잔여 비이성질 배경 기여는 무시할 만큼 작다.