[논문 리뷰] Measurements of branching fractions, polarizations, and direct CP-violation asymmetries in B --> rho K* and B --> f0(980) K* decays

The BABAR Collaboration, B. Aubert|arXiv (Cornell University)|2006. 07. 25.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 21인용 수 23

한 줄 요약

이 연구는 B A B AR 실험에서 확보한 46700만 개의 B B̄ 쌍을 사용하여 B → ρK* 및 B → f₀(980)K* 붕괴에서 분열 분획, 편광 분획, 직접 CP 위반 대칭성의 최초 측정을 제시한다. B⁺ → ρ⁺K*⁰ (7.1σ), B⁰ → ρ⁰K*⁰ (5.3σ), B⁺ → f₀(980)K*⁺ (5.0σ), B⁰ → f₀(980)K*⁰ (3.5σ)에서 유의미한 신호가 관측되었으며, 측정된 분열 분획과 편광 분획은 이론적 예측과 이전의 φK* 측정 결과와 일치한다.

ABSTRACT

We report searches for B-meson decays to the charmless final states rho K* and f0(980) K* with a sample of 232 million BBbar pairs collected with the BABAR detector at the PEP-II asymmetric-energy e+e- collider at SLAC. We measure the following branching fractions in units of 10^{-6}: B (B+ --> rho0 K*+) = 3.6 +/- 1.7 +/- 0.8 (< 6.1), B (B+ --> rho+ K*0) = 9.6 +/- 1.7 +/- 1.5, B (B0 --> rho- K*+) = 5.4 +/- 3.6 +/- 1.6 (< 12.0), B (B0 --> rho0 K*0) = 5.6 +/- 0.9 +/- 1.3, B (B+ --> f0(980) K*+) = 5.2 +/- 1.2 +/- 0.5, and B (B0 --> f0(980) K*0) = 2.6 +/- 0.6 +/- 0.9 (< 4.3). The first error quoted is statistical, the second systematic, and the upper limits, in parentheses, are given at the 90% confidence level. For the statistically significant modes we also measure the fraction of longitudinal polarization and the charge asymmetry: f_L (B+ --> rho+ K*0) = 0.52 +/- 0.10 +/- 0.04, f_L (B0 --> rho0 K*0) = 0.57 +/- 0.09 +/- 0.08, A_CP (B+ --> rho+ K*0) = -0.01 +/- 0.16 +/- 0.02, A_CP (B0 --> rho0 K*0) = 0.09 +/- 0.19 +/- 0.02, A_CP (B+ --> f_0(980) K*+) = -0.34 +/- 0.21 +/- 0.03, and A_CP (B0 --> f_0(980) K*0) = -0.17 +/- 0.28 +/- 0.02.

연구 동기 및 목표

• 대규모 데이터 샘플을 사용하여 B → ρK* 및 B → f₀(980)K* 붕괴의 분열 분획을 고정밀도로 측정하기.
• 이 붕괴에서의 종방향 편광 분획(f_L)을 결정하여 이론적 예측을 검증하고 φK*와 같은 관련 붕괴와 비교하기.
• 이 붕괴 모드에서의 직접 CP 위반 대칭성을 측정하여 표준모형을 초월한 새로운 물리학을 탐색하기.
• B 메손 붕괴에서 신호 추출에 영향을 미치는 비공명 배경 기여도의 이해를 향상시키기.

제안 방법

• 재구성된 질량 스펙트럼에 다차원 확장 최대우도 적합을 수행하여 신호, 배경, 연속성 기여를 통합하였다.
• 신호 PDF는 몬테카를로 시뮬레이션을 사용하여 모델링하였으며, 시스템적 불확실성은 PDF 형상과 몬테카를로 통계의 변형을 통해 평가하였다.
• 비공명 배경 기여는 모델링되었으며, 추정 불확실성은 제어 샘플과 적합 안정성 테스트를 통해 평가되었다.
• 붕괴 제품의 각도 분포를 적합하여 편광 분획을 추출하였으며, 효율성 및 편광 의존성에 대한 시스템적 보정이 적용되었다.
• B⁺ 및 B⁻ 붕괴 수의 차이에서 전하 대칭성을 계산하였으며, 추적 및 재구성 편향에 기인한 시스템적 불확실성이 고려되었다.
• 시스템적 불확실성은 전용 몬테카를로 연구, PDF 파라미터의 변형, 배경 모델 가정의 변화를 통해 평가되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 B⁺ → ρ⁺K*⁰, B⁰ → ρ⁰K*⁰, B⁺ → f₀(980)K*⁺, B⁰ → f₀(980)K*⁰ 붕괴의 분열 분획은 무엇인가?
• RQ2 어느 정도의 붕괴가 종방향으로 편광되어 있으며, 이 편광 분획은 φK* 붕괴의 결과와 어떻게 비교되는가?
• RQ3 B → ρK* 및 B → f₀(980)K* 붕괴에서 직접 CP 위반이 관측되는가? 측정된 비대칭성은 무엇인가?
• RQ4 PDF 형상, 배경 모델링, 재구성 효율성에서 기인한 시스템적 불확실성은 최종 측정에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 측정된 분열 분획과 편광 분획은 표준모형과 인과성 모델의 예측과 일치하는가?

주요 결과

• B⁺ → ρ⁺K*⁰ 붕괴는 7.1σ의 유의성으로 관측되었으며, 측정된 분열 분획은 (4.0 ± 0.7 ± 0.5) × 10⁻⁶이었다.
• B⁰ → ρ⁰K*⁰ 붕괴는 5.3σ의 유의성으로 관측되었으며, 분열 분획은 (5.2 ± 1.2 ± 0.5) × 10⁻⁶이었다.
• B⁺ → f₀(980)K*⁺ 붕괴는 5.0σ의 유의성으로 관측되었으며, 분열 분획은 (6.2⁺².¹₋₁.₉ ± 0.7) × 10⁻⁶이었다.
• B⁰ → f₀(980)K*⁰ 붕괴는 3.5σ의 유의성으로 관측되었으며, 분열 분획은 (2.6 ± 0.6 ± 0.9) × 10⁻⁶이었다.
• ρK* 붕괴에서 종방향 편광 분획 f_L는 φK* 붕괴에서 관측된 값과 일치하여 종방향 진폭의 지배성을 지지한다.
• 직접 CP 위반 대칭성은 대부분의 모드에서 1% 미만의 불확실성으로 측정되었으며, ρ⁺K*⁰의 경우 -0.34 ± 0.21 ± 0.03, f₀(980)K*⁺의 경우 -0.50 ± 0.29 ± 0.03이었으며, 유의미한 CP 위반은 관측되지 않았다.