[논문 리뷰] Observation of B+->Lambda_c+Lambda_c-K+ and B0->Lambda_c+Lambda_c^-K0 decays

The Belle Collaboration, N. Gabyshev|PubMed|2005. 08. 06.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 KEK의 Belle 실험에서 확보한 데이터를 바탕으로 이중 쿼ark가 포함된 바리온 B 붕괴인 $B^+ \to \Lambda_c^+ \Lambda_c^- K^+$ 및 $B^0 \to \Lambda_c^+ \Lambda_c^- K^0$의 최초 관측를 보고한다. 측정된 분해율은 각각 $(6.5^{+1.0}_{-0.9}\pm1.1\pm3.4)\times10^{-4}$ 및 $(7.9^{+2.9}_{-2.3}\pm1.2\pm4.1)\times10^{-4}$이며, 통계적 유의수준은 15.4σ 및 6.6σ로 배경을 초월하는 유의미한 신호임을 나타낸다.

ABSTRACT

We report the first measurements of the doubly charmed baryonic B decays B --> Lambda c+ Lambda c- K. The B+ --> Lambda c+ Lambda c- K+ decay is observed with a branching fraction of (6.5(-0.9)(+1.0)+/-1.1+/-3.4)x10(-4) and a statistical significance of 15.4sigma. The B0 --> Lambda c+ Lambda c- K0 decay is observed with a branching fraction of (7.9(-2.3)(+2.9)+/-1.2+/-4.1)x10(-4) and a statistical significance of 6.6sigma. The branching fraction errors are statistical, systematic, and the error resulting from the uncertainty of the Lambda c+ --> pK- pi+ decay branching fraction. The analysis is based on 357 fb(-1) of data accumulated at the Upsilon(4S) resonance with the Belle detector at the KEKB asymmetric-energy e+ e- collider.

연구 동기 및 목표

• 이중 쿼크가 포함된 바리온 B 붕괴인 $\Lambda_c^+$ 및 $\Lambda_c^-$ 바리온을 포함한 붕괴의 분해율을 관측하고 측정하는 것.
• B 메손 붕괴에서 $b \to c\bar{c}s$ 쿼크 전이의 역학을 조사하는 것.
• 세체 붕괴의 분해율을 이중체 붕괴의 두체 붕괴와 비교하는 것.
• 이 희귀 붕괴에서 위상공간과 색깔 억제의 역할을 평가하는 것.

제안 방법

• KEK의 Belle 실험에서 확보한 $e^+e^-$ 충돌 데이터를 이용하여 $B^+ \to \Lambda_c^+ \Lambda_c^- K^+$ 및 $B^0 \to \Lambda_c^+ \Lambda_c^- K^0$ 붕괴를 재구성하는 것.
• $M_{\text{bc}}$ 및 $\Delta M_B$를 통한 운동량 제약 조건을 적용하여 B 후보를 식별하는 것.
• 가우시안 신호 형상과 선형 배경을 사용하여 $M(\Lambda_c^+)$ 및 $M(\Lambda_c^-)$ 질량 분포에 동시에 피팅하는 것.
• 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 신호 평균 및 너비 파rameter를 고정하고 배경 기여도를 추정하는 것.
• 측면대 영역을 평가하여 신호를 모방하는 다른 B 붕괴 기여도를 추정하는 것.
• 신호 추출 과정에서 통계적 무결성을 확보하고 편향을 줄이기 위해 블라인드 분석을 적용하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 분해율이 $B^+ \to \Lambda_c^+ \Lambda_c^- K^+$ 붕괴는 얼마이며, 이론적 예측과 일치하는가?
• RQ2 이 세체 이중 쿼크 붕괴의 분해율은 이중체 붕괴인 $B^+ \to \bar{\Xi}_c^0 \Lambda_c^+$ 붕괴와 비교해 어떻게 되는가?
• RQ3 다른 B 붕괴에서 기인하는 기여가 $\Lambda_c^+ \Lambda_c^-$ 질량 분포에서 신호를 모방할 정도로 유의미한가?
• RQ4 왜 관측된 분해율이 색깔 억제 $B \to \Lambda_c^+ \Lambda_c^- K$ 붕괴에 대한 낙관적인 추정치보다 훨씬 큰가?
• RQ5 $\Lambda_c^+ \Lambda_c^-$의 상대 질량 분포의 위상공간 행동은 붕괴 역학에 대해 무엇을 드러내는가?

주요 결과

• $B^+ \to \Lambda_c^+ \Lambda_c^- K^+$ 붕괴는 15.4σ의 통계적 유의수준으로 관측되어 매우 뚜렷한 신호임을 확인하였다.
• $B^+ \to \Lambda_c^+ \Lambda_c^- K^+$의 분해율은 $(6.5^{+1.0}_{-0.9}\pm1.1\pm3.4)\times10^{-4}$로 측정되었으며, 체계적 및 통계적 오차를 포함한다.
• $B^0 \to \Lambda_c^+ \Lambda_c^- K^0$ 붕괴는 6.6σ의 유의수준으로 관측되어 신뢰할 수 있는 신호이지만 $B^+$ 모드보다 덜 유의미하다.
• $B^0 \to \Lambda_c^+ \Lambda_c^- K^0$의 분해율은 $(7.9^{+2.9}_{-2.3}\pm1.2\pm4.1)\times10^{-4}$로 측정되었으며, 오차 범위 내에서 $B^+$ 모드와 일치한다.
• 다른 B 붕괴에서 기인하는 배경 기여는 무시할 만큼 작았으며, $B^+$의 경우 90% 신뢰수준에서 1.7건 이하, $B^0$의 경우 0.2건 이하로 평가되어 배제하는 것이 타당하다.
• 관측된 분해율은 이중체 붕괴인 $B^+ \to \bar{\Xi}_c^0 \Lambda_c^+$ 붕괴와 비슷한 주기대에서 나타나, $b \to c\bar{c}s$ 전이의 동역학이 유사하다는 것을 시사한다.