[논문 리뷰] Measuring beta_s with Bs -> K0(*) K0bar(*) -- a Reappraisal

Bhubanjyoti Bhattacharya, Alakabha Datta외 2명|arXiv (Cornell University)|2012. 03. 15.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 24인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 Ciuchini, Pierini, 및 Silvestrini가 제안한 Bs → K0(*)K̄0(*) 붕괴를 통해 Bs-Bsbar 혼합 위상 βs 를 측정하는 방법을 재평가한다. 이는 펜텀 진폭 내의 SU(3) 위반 효과로 인해 βs 추출의 이론적 불확실성이 18도에 이르게 되며, 이는 SU(3) 위반 매개변수의 정밀도 향상이 필요함을 시사한다.

ABSTRACT

The Bs-Bsbar mixing phase, beta_s, can be extracted from Bs -> K0(*) K0bar(*), but there is a theoretical error if the second amplitude, Vub* Vus P'uc, is non-negligible. Ciuchini, Pierini and Silvestrini (CPS) have suggested measuring Puc in Bd -> K0(*) K0bar(*), and relating it to P'uc using SU(3). For their choice of the direct and indirect CP asymmetries in Bd -> K0(*) K0bar(*), they find that the error on beta_s is very small, even allowing for 100% SU(3) breaking. In this paper, we re-examine the CPS method, allowing for a large range of the Bd -> K0(*) K0bar(*) observables. We find that the theoretical error in the extraction of beta_s can be quite large, up to 18 degrees. This problem can be ameliorated if the value of SU(3) breaking were known, and we discuss different ways, both experimental and theoretical, of determining this quantity.

연구 동기 및 목표

• Bs → K0(*)K̄0(*) 붕괴에서 Bs-Bsbar 혼합 위상 βs 를 추출하는 데 사용되는 이론적 프레임워크를 재표현하고 재평가하는 것.
• 특히 P'uc 기여에 영향을 미치는 SU(3) 대칭 위반의 펜텀 진폭에 미치는 영향을 조사하는 것.
• Bd → K0(*)K̄0(*) 붕괴에서 다양한 실험 관측치에 대해 CPS 방법의 견고성을 평가하는 것.
• 특히 SU(3) 위반이 무시할 수 없는 경우, βs 추출의 이론적 오차를 최소화할 수 있는 조건을 규명하는 것.

제안 방법

• 트리 진폭과 펜텀 진폭 간의 간섭을 중심으로 Bs → K0(*)K̄0(*) 붕괴의 진폭 분해를 재분석하는 것.
• SU(3) 색깔 대칭을 적용하여 Bs 붕괴에서의 펜텀 진폭 P'uc 를 Bd → K0(*)K̄0(*) 붕괴에서의 해당 진폭 Puc 와 연결하는 것.
• Bd → K0(*)K̄0(*) 붕괴에서 직접 및 간접 CP 비대칭의 광범위한 가능한 값 조합을 고려하여, βs 추출이 SU(3) 위반에 얼마나 민감한지 테스트하는 것.
• 펜텀 진폭 내의 SU(3) 위반 정도에 따라 βs 의 이론적 불확실성을 정량화하는 것.
• 이론적 및 실험적 전략을 제안하여 SU(3) 위반 매개변수를 제약함으로써 βs 의 불확실성을 줄이는 것.
• 해석적 진폭 관계 및 SU(3) 대칭 관계를 사용하여 βs 추출의 최대 이론적 오차를 추정하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Bs → K0(*)K̄0(*) 붕괴에서 βs 추출은 펜텀 진폭 P'uc 내의 SU(3) 위반 정도에 얼마나 민감한가?
• RQ2 CPS 방법에서 제어되지 않는 SU(3) 위반 효과로 인해 발생할 수 있는 βs 의 최대 이론적 불확실성은 얼마인가?
• RQ3 SU(3) 위반이 100%에 이르는 경우에도 CPS 방법은 여전히 정밀한 βs 결정을 가능하게 하는가?
• RQ4 βs 추출의 이론적 오차를 몇 도 이하로 줄이기 위해 필요한 실험적 또는 이론적 입력은 무엇인가?
• RQ5 Bd → K0(*)K̄0(*) 붕괴의 CP 비대칭 변화는 SU(3) 기반 Bs 붕괴로의 외삽에 신뢰성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 펜텀 진폭 P'uc 내의 제어되지 않는 SU(3) 위반으로 인해 βs 추출의 이론적 오차는 최대 18도에 이르게 된다.
• CPS 방법은 중간 정도의 SU(3) 위반에서는 견고하지만, 펜텀 진폭 기여가 크거나 잘 제약되지 않은 경우 상당히 신뢰성이 떨어진다.
• βs 의 오차는 특히 Bd → K0(*)K̄0(*) 붕괴에서 직접 및 간접 CP 비대칭이 잘 제약되지 않은 경우, 펜텀 진폭 내의 SU(3) 위반 매개변수의 값에 매우 민감하다.
• SU(3) 위반 매개변수를 10% 이내로 정밀하게 알 수 있다면, βs 의 이론적 오차를 1도 이하로 줄일 수 있다.
• Bd → K0(*)K̄0(*) 붕괴에서의 CP 비대칭 측정은 SU(3) 위반 매개변수에 대한 중요한 제약 조건을 제공할 수 있다.
• 펜텀 진폭 내의 SU(3) 위반 효과에 대한 이론적 계산은 βs 결정의 체계적 오차를 줄이기 위해 필수적이다.