[논문 리뷰] Updated Measurement of ${\cal B}(B_s o D_s^{(*)+}D_s^{(*)-})$ and Determination of $\Delta \Gamma_{s}$

S. Esen|arXiv (Cornell University)|2011. 10. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 1인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 베틀 실험에서 Υ(5S) 공진 상태에서 취득한 121.4 fb⁻¹의 데이터를 사용하여 B⁰ₛ → D(∗)₊ₛD(∗)₋ₛ 붕괴의 갱신된 측정을 제시한다. 최종 상태를 완전히 재구성하고 엄격한 이벤트 선택 조건을 적용함으로써, 총 붕괴 분율은 (4.3 ± 0.4 ± 1.0)%로 결정되었으며, 이는 상대적 너비 차이 ∆Γₛ/Γₛ = 0.090 ± 0.009 (통계) ± 0.022 (계측)로 정밀하게 결정되었으며, 이는 표준모형과 일치하며 Bs 혼합 매개변수에 대한 핵심 제약 조건을 제공한다.

ABSTRACT

Using fully reconstructed $B_{s}$ mesons, we measure exclusive branching fractions for the decays $B_s o D_s^{(*)+}D_s^{(*)-}$. The results are ${\cal B}(B^0_s a D^+_s D^-_s)=(0.58\,^{+0.11}_{-0.09}\,\pm 0.13)%$, ${\cal B}(B^0_s a D^{*\pm}_s D^{\mp}_s)=(1.8\, \pm 0.2\,\pm 0.4)%$, and ${\cal B}(B^0_s a D^{*+}_s D^{*-}_s)=(2.0\,\pm 0.3\,\pm 0.5)%$; the sum is ${\cal B}(B^0_s a D^{(*)+}_s D^{(*)-}_s)=(4.3\,\pm 0.4\,\pm 1.0)%$. Assuming these decay modes saturate decays to CP-even final states, the branching fraction determines the relative width difference between the $B_s$ CP-odd and CP-even eigenstates. Taking \cp\ violation to be negligibly small, we obtain $\dgs/\gs = 0.090\,\pm 0.009\,{ m(stat.)}\,\pm 0.022 \,{ m (syst.)}$, where $\gs$ is the mean decay width. The results are based on a data sample collected with the Belle detector at the KEKB $e^+ e^-$ collider running at the $\Upsilon(5S)$ resonance with an integrated luminosity of 121.4 fb$^{-1}$.

연구 동기 및 목표

• 대량의 데이터 샘플을 사용하여 B⁰ₛ → D(∗)₊ₛD(∗)₋ₛ 붕괴의 배제 붕괴 분율을 향상된 정밀도로 측정하기.
• CP 위반 위상과 Bs 혼합 매개변수에 민감한 Bs 메손 시스템에서의 상대적 너비 차이 ∆Γₛ/Γₛ를 결정하기.
• D(∗)₊ₛD(∗)₋ₛ 최종 상태가 CP-짝수 붕괴 진폭을 지배하고 너비 차이를 완전히 충족시킨다는 가정을 검증하기.
• 표준모형 예측인 Bs 혼합 매개변수 ∆Γₛ/Γₛ에 대한 엄격한 시험을 제공하기.
• 후보 선택 및 배경 억제 기법을 포함한 향상된 재구성 및 선택 기법을 통해 계측 불확도를 감소시키기.

제안 방법

• KEKB의 베틀 검출기에서 B⁰ₛ → D(∗)₊ₛD(∗)₋ₛ 붕괴를 완전히 재구성하며, D₊ₛ, D∗₊ₛ 및 그 붕괴 생성물의 세밀한 재구성 수행.
• 입자 식별 및 재구성 기준을 엄격히 적용하며, 카이론과 피온에 대한 가능도 비율 및 φ, K∗, ρ와 같은 공명의 진동수 질량 창을 포함.
• 신호 후보를 식별하기 위해 빔 에너지 제약 질량(Mbc)과 에너지 차이(∆E)를 사용하며, 신호 영역은 5.25 < Mbc < 5.45 GeV/c² 및 −0.15 < ∆E < 0.10 GeV로 정의.
• 다중 후보 이벤트 당 선택 기준으로 χ² 기반 기법을 구현하여 재구성 효율성과 순도를 향상.
• 연속체 q¯q 배경을 억제하기 위해 수정된 포크-울프럼 모멘트를 기반으로 한 파이셔 판별자 사용하며, R = Lₛ/(Lₛ + Lqq) > 0.20 조건 요구.
• Mbc 및 ∆E 분포에 신호, 조합 배경 및 연속체 배경 성분을 포함한 피팅을 수행하며, 계측 불확도는 신호 PDF, 배경 PDF 및 효율 변동을 통해 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 B⁰ₛ → D(∗)₊ₛD(∗)₋ₛ 붕괴의 정밀한 붕괴 분율은 얼마이며, 이는 이전 측정과 어떻게 비교되는가?
• RQ2 Bs 메손 시스템에서의 상대적 너비 차이 ∆Γₛ/Γₛ는 얼마이며, 이는 B⁰ₛ 혼합에서의 CP 위반을 어떻게 제약하는가?
• RQ3 D(∗)₊ₛD(∗)₋ₛ 최종 상태는 Bs 시스템에서 붕괴 너비 차이를 어느 정도 충족하는가?
• RQ4 재구성, 식별 및 모델링에서 기인한 계측 불확도는 최종 결과에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 CP 위반 위상은 측정된 붕괴 분율과 너비 차이의 해석에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• B⁰ₛ → D₊ₛD₋ₛ 붕괴의 측정된 붕괴 분율은 (0.58 ± 0.11 ± 0.13)%, 통계적 유의도는 11.5σ이다.
• B⁰ₛ → D∗±ₛD∓ₛ 붕괴의 붕괴 분율은 (1.8 ± 0.2 ± 0.4)%, 유의도는 10.1σ이다.
• B⁰ₛ → D∗₊ₛD∗₋ₛ 붕괴의 붕괴 분율은 (2.0 ± 0.3 ± 0.5)%, 이는 8σ의 유의도로 이 모드의 최초 관측이다.
• B⁰ₛ → D(∗)₊ₛD(∗)₋ₛ의 총 붕괴 분율은 (4.3 ± 0.4 ± 1.0)%이다.
• CP 위반이 무시할 만큼 작다고 가정할 경우, 상대적 너비 차이는 ∆Γₛ/Γₛ = 0.090 ± 0.009 (통계) ± 0.022 (계측)로 결정되었으며, 이는 표준모형과 일치한다.
• 결과는 세계 평균값과 이론적 예측과 양호한 일치를 보이며, 주요 계측 불확도는 D(∗)ₛ 붕괴 분율과 신호 PDF 형상에서 기인한다.