[논문 리뷰] Study of B0 -> pi0pi0, B+ -> pi+pi0 and B+ -> K+pi0 decays

B. Aubert|arXiv (Cornell University)|2004. 08. 17.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 SLAC의 BaBar 실험에서 확보한 22700만 개의 B̄B 쌍을 이용해 B⁰ → π⁰π⁰, B⁺ → π⁺π⁰, 그리고 B⁺ → K⁺π⁰ 붕괴의 분해율과 비대칭성에 대한 업데이트된 측정치를 제시한다. 주요 결과로는 BR(B⁰ → π⁰π⁰) = (1.17 ± 0.32 ± 0.10)×10⁻⁶이며, 이는 4.9σ의 유의성 수준을 보이며, 이소스핀 관계를 사용해 90% 신뢰수준에서 |α − α_eff| < 35°의 상한선을 확립한다.

ABSTRACT

We present updated measurements of the branching fractions for the modes B0->pi0pi0, B+ -> pi+pi0, and B+ -> K+pi0. We also measure the time-integrated asymmetry C_pi0pi0 and the charge asymmetries A_CP(pi+pi0) and A_CP(K+pi0). Based on a sample of approximately 227 million BBar pairs collected by the BaBar detector at the PEP-II asymmetric-energy B Factory at SLAC, we measure BR(B0 -> pi0pi0) = (1.17 +/- 0.32 +/- 0.10)*10^{-6}, C_pi0pi0 = -0.12 +/- 0.56 +/- 0.06, where the first errors are statistical and the second are systematic. The B0 -> pi0pi0 signal has a significance of 4.9sigma including systematic uncertainties. We also measure BR(B+ -> pi+pi0) = (5.8 +/- 0.6 +/- 0.4)*10^{-6}, A_CP(pi+pi0) = -0.01 +/- 0.10 +/- 0.02, BR(B+ -> K+pi0) = (12.0 +/- 0.7 +/- 0.6)*10^{-6}, A_CP(K+pi0) = 0.06 +/- 0.06 +/- 0.01 . Using related BaBar measurements and isospin relations we find an upper bound on the angle difference |delta| = |alpha - alpha_eff| of 35 degrees at the 90% C.L.

연구 동기 및 목표

• BaBar 실험에서 확보한 대량의 데이터 샘플을 이용해 B⁰ → π⁰π⁰, B⁺ → π⁺π⁰, B⁺ → K⁺π⁰ 붕괴의 분해율 측정 정밀도를 향상시키기 위해 노력한다.
• 이들 붕괴 모드에서 시간에 따라 통합된 CP 비대칭성 C_π⁰π⁰ 및 전하 비대칭성 A_CP(π⁺π⁰), A_CP(K⁺π⁰)를 측정한다.
• 이소스핀 대칭성과 관련된 BaBar 측정치를 활용해 CKM 단위 삼각형의 각도 차이 |α − α_eff|를 제약 조건으로 설정한다.
• 측정된 붕괴 신호의 유의성과 측정치에 영향을 미치는 시스템적 불확실성의 영향을 평가한다.

제안 방법

• PEP-II 비대칭 에너지 B 패러데이에서 BaBar 검출기로 확보한 약 22700만 개의 B̄B 쌍을 분석한다.
• π⁰π⁰, π⁺π⁰, K⁺π⁰ 최종 상태에서 신호 수확량과 배경 기여도를 추출하기 위해 최대우도 적합 기법을 사용한다.
• 최종 분해율 및 비대칭성 측정치에 통계적 불확실성과 시스템적 불확실성을 모두 통합한다.
• 이소스핀 대칭성 관계를 적용하여 측정된 분해율과 비대칭성을 CKM 각도 차이 |α − α_eff|에 대한 제약 조건으로 연결한다.
• 통계적 및 시스템적 불확실성의 통합 추정치를 사용해 B⁰ → π⁰π⁰ 신호의 유의성을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 B⁰ → π⁰π⁰ 붕괴 모드의 정밀한 분해율은 얼마이며, 그 유의성은 어떠한가?
• RQ2 시간에 따라 통합된 CP 비대칭성 C_π⁰π⁰ 및 전하 비대칭성 A_CP(π⁺π⁰), A_CP(K⁺π⁰)의 측정값은 무엇인가?
• RQ3 측정된 분해율과 비대칭성은 CKM 단위 삼각형에서 각도 차이 |α − α_eff|를 어떻게 제약 조건으로 설정하는가?
• RQ4 시스템적 불확실성은 분해율 및 비대칭성 측정치에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• B⁰ → π⁰π⁰ 붕괴의 분해율은 시스템적 불확실성을 포함해 (1.17 ± 0.32 ± 0.10)×10⁻⁶로 측정되었으며, 이는 4.9σ의 유의성 수준을 보였다.
• 시간에 따라 통합된 CP 비대칭성 C_π⁰π⁰는 -0.12 ± 0.56 ± 0.06로 측정되었으며, CP 위반 없음과 일치한다.
• B⁺ → π⁺π⁰ 붕괴의 분해율은 (5.8 ± 0.6 ± 0.4)×10⁻⁶이며, 전하 비대칭성 A_CP(π⁺π⁰) = -0.01 ± 0.10 ± 0.02로 측정되었다.
• B⁺ → K⁺π⁰ 붕괴의 분해율은 (12.0 ± 0.7 ± 0.6)×10⁻⁶이며, 전하 비대칭성 A_CP(K⁺π⁰) = 0.06 ± 0.06 ± 0.01로 측정되었다.
• 이소스핀 대칭성과 관련된 BaBar 측정치를 사용하여 90% 신뢰수준에서 |α − α_eff| < 35°의 상한선이 확립되었다.