[논문 리뷰] Observation of ${{\varLambda } ^0_{b}} \! ightarrow {{\varLambda } ^+_{c}} {\hspace{1.79993pt}\overline{\hspace{-1.79993pt}D}} {}^{(*)0}{{K} ^-} $ and ${{\varLambda } ^0_{b}} \! ightarrow {{\varLambda } ^+_{c}} {{D} ^{*-}_{s}} $ decays

LHCb Collaboration, A. S. W. Abdelmotteleb외 1101명|arXiv (Cornell University)|2023. 01. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 68인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 LHCb 검출기로 13 TeV에서의 pp 충돌 데이터 5.4 fb⁻¹를 사용하여 Λ⁰_b → Λ⁺_c D(∗)⁰K⁻ 및 Λ⁰_b → Λ⁺_c D∗⁻_s 붕괴의 최초 관측를 보고한다. Λ⁰_b → Λ⁺_c D⁻_s 붕괴에 대한 상대적인 분포율은 D⁰K⁻에 대해 0.1908 ± 0.0036 (통계) ± 0.0016 (계측오차), D∗⁰K⁻에 대해 0.589 ± 0.018 (통계) ± 0.017 (계측오차), D∗⁻_s에 대해 1.668 ± 0.022 (통계) ± 0.061 (계측오차)로 측정되었으며, 펜타쿼크 탐색의 핵심 정규화 및 바리온성 B 붕괴에서 HQET 인과성의 검증에 기여한다.

ABSTRACT

The decays $Λ_b^0 o Λ_c^+\bar{D}^{(*)0}K^-$ and $Λ_b^0 o Λ_c^+ D_s^{*-}$ are observed for the first time, in proton-proton collision data at $\sqrt{s}=13$TeV corresponding to an integrated luminosity of 5.4 fb${}^{-1}$ collected with the LHCb detector. Their ratios of branching fractions with respect to the $Λ_b^0\! oΛ_c^+\mathrm{D}_s^-$ mode are measured to be \begin{align*} \begin{split} \frac{\mathcal{B}(Λ_b^0 o Λ_c^+\bar{D}^0 K^-)}{\mathcal{B}(Λ_b^0 o Λ_c^+ D_s^-)} & = 0.1908 {}_{-0.0034}^{+0.0036} {}_{-0.0018}^{+0.0016} \pm 0.0038 \frac{\mathcal{B}(Λ_b^0 o Λ_c^+\bar{D}^{*0} K^-)}{\mathcal{B}(Λ_b^0 o Λ_c^+ D_s^-)} & = 0.589 {}_{-0.017}^{+0.018} {}_{-0.018}^{+0.017} \pm 0.012 \frac{\mathcal{B}(Λ_b^0 o Λ_c^+ D_s^{*-})}{\mathcal{B}(Λ_b^0 o Λ_c^+ D_s^-)} & = 1.668 \pm 0.022 {}_{-0.055}^{+0.061}\ , \end{split} \end{align*} where the first uncertainties are statistical, the second systematic, and the third, for the $Λ_b^0 o Λ_c^+ \bar{D}^{(*)0} K^-$ decays, are due to the uncertainties on the branching fractions of the $D_s^- o K^- K^+ π^-$ and $\bar{D}^0 o K^+π^-$ decay modes. The measured branching fractions probe factorization assumptions in effective theories and provide the normalization for future pentaquark searches in $Λ_b^0 o Λ_c^+ \bar{D}^{(*)0}K^-$ decay channels.

연구 동기 및 목표

• Λ⁰_b → Λ⁺_c D(∗)⁰K⁻ 및 Λ⁰_b → Λ⁺_c D∗⁻_s 붕괴의 분포율을 잘 측정된 Λ⁰_b → Λ⁺_c D⁻_s 모드와 비교하여 측정한다.
• 두 쿼크가 디움을 포함하는 바리온성 B 붕괴에서 중량 쿼크 효과 이론(HQET)의 인과성 가정을 검증한다.
• 향후 Λ⁺_c D(∗)⁰ 최종 상태에서 P⁺_c 펜타쿼크를 탐색하기 위한 정규화를 제공한다.
• 이중 비율을 통해 바리온성 붕괴와 메손성 붕괴를 비교함으로써, Λ⁰_b → Λ⁺_c D(∗)⁰K⁻ 붕괴에서 색 억제 진폭의 기여를 평가한다.

제안 방법

• 공통 최종 상태인 pK⁻K⁻K⁺π⁺π⁻를 통해 Λ⁰_b → Λ⁺_c D(∗)⁰K⁻ 및 Λ⁰_b → Λ⁺_c D∗⁻_s 붕괴를 재구성함으로써 효율적인 정규화 및 검출기 관련 불확실성의 상쇄를 달성한다.
• 완전한 D∗⁰ 및 D∗⁻_s 붕괴 생성물 재구성 없이, 누락 질량 또는 인variant 질량 피크를 통해 D∗⁰ 및 D∗⁻_s 붕괴를 추론하는 부분 재구성 접근법을 사용한다.
• 최종 생성입자의 인variant 질량 분포에 대해 동시에 비구속 확률 최대화 적합을 수행하여 신호 수확량을 추출한다.
• 시뮬레이션된 사건을 사용하여 검출기 효율성 및 재구성 수용율에 대한 보정을 적용하며, 체계적 오차는 전용 제어 샘플 및 변형을 통해 평가한다.
• PDG에서 알려진 D⁰ → K⁺π⁻ 및 D⁻_s → K⁻K⁺π⁻의 분포율을 사용하여 절대 분포율 비율을 추출한다.
• 이중 비율 DR(∗)(Mb)를 계산하여 바리온성 및 메손성 붕괴를 비교하고, 색 억제 진폭의 영향을 탐색한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Λ⁰_b → Λ⁺_c D(∗)⁰K⁻ 및 Λ⁰_b → Λ⁺_c D∗⁻_s 붕괴의 분포율은 Λ⁰_b → Λ⁺_c D⁻_s에 대해 각각 얼마인가?
• RQ2 Λ⁰_b → Λ⁺_c D(∗)⁰K⁻ 붕괴에서 색 억제 진폭은 HQET 인과성 가정에서 예상되는 바와 얼마나 다를까?
• RQ3 측정된 분포율은 이중 열린 쿼크 붕괴에 대한 이론적 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 측정된 비율은 Λ⁺_c D(∗)⁰ 최종 상태에서 P⁺_c 펜타쿼크의 생성 메커니즘과 분포율을 어떻게 제약할 수 있는가?
• RQ5 이중 비율 DR(∗)(Mb)는 바리온성 대비 메손성 붕괴에서 인과성의 보편성 검증에 있어 어떤 의미를 갖는가?

주요 결과

• Λ⁰_b → Λ⁺_c D⁰K⁻ 붕괴 분포율 대비 Λ⁰_b → Λ⁺_c D⁻_s 붕괴 분포율의 비율은 0.1908 ± 0.0036 (통계) ± 0.0016 (계측오차) ± 0.0038 (D 분포율 불확실성)로 측정되었다.
• Λ⁰_b → Λ⁺_c D∗⁰K⁻ 붕괴 분포율 대비 Λ⁰_b → Λ⁺_c D⁻_s 붕괴 분포율의 비율은 0.589 ± 0.018 (통계) ± 0.017 (계측오차) ± 0.012 (계측오차)로 측정되었으며, D∗⁰ 모드의 상당한 기여를 시사한다.
• Λ⁰_b → Λ⁺_c D∗⁻_s 붕괴 분포율 대비 Λ⁰_b → Λ⁺_c D⁻_s 붕괴 분포율의 비율은 1.668 ± 0.022 (통계) ± 0.061 (계측오차)로 측정되었으며, 여러 이론 예측과 일치한다.
• 이중 비율 DR(B⁰)는 1.29 ± 0.20로 측정되어 바리온성 붕괴에서 색 억제 진폭의 비중이 상당히 존재함을 시사하지만, 인과성의 부정은 이루어지지 않았다.
• Λ⁰_b → J/ψpK⁻ 붕괴 분포율 대비 Λ⁰_b → Λ⁺_c D⁰K⁻ 붕괴 분포율의 비율은 0.152 ± 0.032 (통계) ± 0.028 (계측오차)로 측정되었으며, 향후 P⁺_c 펜타쿼크 신호 감도 추정에 필수적이다.
• Λ⁰_b → J/ψpK⁻ 붕괴 분포율 대비 Λ⁰_b → Λ⁺_c D∗⁰K⁻ 붕괴 분포율의 비율은 0.049 ± 0.011 (통계) ± 0.009 (계측오차)로 측정되었으며, 향후 펜타쿼크 피팅 분율 계산에 유용하다.