[论文解读] Branching Fractions in B -> phi h and Search for Direct CP Violation in B+- -> phi K+-

The BABAR Collaboration, B. Aubert|arXiv (Cornell University)|Mar 21, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 3被引用 3

一句话总结

本文基于B A B AR实验收集的8900万对$B\bar{B}$，对稀有B介子衰变$B^\pm \to \phi K^\pm$和$B^0 \to \phi K^0$进行了初步分支比测量。结果报告了${\cal B}(B^\pm \to \phi K^\pm) = (10.0^{+0.9}_{-0.8} \pm 0.5) \times 10^{-6}$和${\cal B}(B^0 \to \phi K^0) = (7.6^{+1.3}_{-1.2} \pm 0.5) \times 10^{-6}$，并给出了$B^\pm \to \phi \pi^\pm$的严格上限，以及与零一致的直接CP破坏不对称性，为非penguin和新物理贡献提供了强有力约束。

ABSTRACT

We present preliminary measurements of branching fractions of the b -> s\bar{s}s penguin-dominated decays B+ -> phi K+ and B0 -> phi K0 in a sample of approximately 89 million BBbar pairs collected by the BaBar detector at the PEP-II asymmetric-energy B-meson Factory at SLAC. We determine BF(B+ -> phi K+) = (10.0^{+0.9}_{-0.8} (stat.) \pm 0.5 (syst.)) * 10^{-6} and BF(B^0 -> phi K0) = (7.6^{+1.3}_{-1.2} (stat.) \pm 0.5 (syst.)) * 10^{-6}. Additionally, we measure the charge asymmetry A_{CP}(B+ -> phi K+) = 0.039 \pm 0.086 (stat.) \pm 0.011 (syst.) and set an upper limit on the CKM- and color-suppressed decay B+ -> phi pi+, BF(B+ -> phi pi+) < 0.41 * 10^{-6} (90% CL).

研究动机与目标

• 测量稀有且无粲的penguin主导型$B \to \phi h$衰变分支比，精度较以往有所提高。
• 利用大规模$B\bar{B}$样本，搜索$B^\pm \to \phi K^\pm$衰变中的直接CP破坏。
• 对CKM和色力抑制衰变$B^\pm \to \phi \pi^\pm$设定严格上限，以探测非penguin或新物理贡献。
• 相比以往测量，降低统计与系统误差，提升对新物理效应的敏感度。

提出的方法

• 分析采用最大似然拟合方法，对来自PEP-II非对称能量$B$-工厂的8900万对$B\bar{B}$事例中$B \to \phi h$衰变进行重建，其中$\phi \to K^+K^-$，$h$为$K^\pm$或$\pi^\pm$。
• 通过关键变量$ m_{\rm ES} $、$ \Delta E $、$ m_{KK} $和$ \cos\theta_H $的概率密度函数（PDF）对信号和背景分布进行建模，并应用概率比筛选以增强信号灵敏度。
• 通过在不确定范围内变动PDF参数、触发效率、粒子识别、$K^0_S$重建及其他探测器相关效应，评估系统误差。
• 直接CP不对称性$\cal A_{CP}$通过$B^+$与$B^-$衰变至$\phi K^\pm$的产额差值测量，误差来自统计与系统源的传播。
• 通过从零开始积分归一化似然分布，结合PDF与重建效率的不确定性，推导出$B^\pm \to \phi \pi^\pm$在90%置信水平下的上限。
• 利用蒙特卡罗模拟进行效率修正，其中轨迹寻找、PID及$K^0_S$重建的系统误差主导了不确定性预算。

实验结果

研究问题

• RQ1 稀有衰变$B^\pm \to \phi K^\pm$的分支比是多少？
• RQ2 $B^0 \to \phi K^0$的分支比是多少？
• RQ3 $B^\pm \to \phi K^\pm$中是否存在直接CP破坏的证据？
• RQ4 $B^\pm \to \phi \pi^\pm$的CKM与色力抑制衰变的上限是多少？
• RQ5 所测得的分支比与CP不对称性是否对$b \to s\bar{s}s$跃迁中的非penguin或新物理贡献构成约束？

主要发现

• 测量得到$B^\pm \to \phi K^\pm$的分支比为$(10.0^{+0.9}_{-0.8} \pm 0.5) \times 10^{-6}$，包含统计与系统误差。
• $B^0 \to \phi K^0$的分支比测量结果为$(7.6^{+1.3}_{-1.2} \pm 0.5) \times 10^{-6}$，相比以往结果精度更高。
• $B^\pm \to \phi K^\pm$的直接CP不对称性$\cal A_{CP}$测量为$0.039 \pm 0.086$（统计）$\pm 0.011$（系统），在不确定度范围内与零一致。
• 对$B^\pm \to \phi \pi^\pm$的90%置信水平上限设定为$<0.41 \times 10^{-6}$，表明无显著信号。
• $\cal A_{CP}$的系统误差小于1.0%，源于追踪与DIRC中电荷不对称性，证实了CP不对称性测量的稳健性。
• $B^\pm \to \phi \pi^\pm$的严格上限排除了非penguin或新物理对$b \to s\bar{s}s$衰变振幅的显著贡献。