[論文レビュー] Measurement of the CP violation phase $\phi_s$ in the $B_s$ system at LHCb

G. Raven|arXiv (Cornell University)|Dec 1, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、√s = 7 TeV の LHC ラン1データ 1 fb⁻¹ を用いて、B0s→J/ψK+K− および B0s→J/ψπ+π− 衰変モードにおける CP 違反位相 φs の最も精密な直接測定を提示している。時間に依存する角度解析を実施し、両方の衰変モードの結果を組み合わせることで、LHCb は φs = −0.002 ± 0.083(stat) ± 0.027(syst) rad を得た。これは標準模型と整合的であり、∆Γs が非ゼロである最初の直接観測結果である。

ABSTRACT

The interference between Bs decay amplitudes to CP eigenstates Jpsi X directly or including Bs-Bsbar oscillation gives rise to a measurable CP violating phase phi_s. Here, a preliminary measurement of phi_s with Bs -> JpsiK+K- decays, and the measurement using Bs->Jpsipi+pi- decays, both obtained from a sample of 1/fb of pp collisions, collected by the LHCb experiment at a centre-of-mass energy sqrt{s}=7 TeV during 2011, are presented. In addition, the determination of the branching fraction and polarization fractions of Bs->JpsiKstbar, which can be used to constrain the contribution of sub-leading penguin contributions to the decay Bs->Jpsi phi, is shown.

研究の動機と目的

• 主な目的は、標準模型の検証を目的として、B0s 系で φs を高精度で測定することである。
• K+K− 系の角度解析を用いて、φs と ∆Γs の二重の不確実性を解消することである。
• B0s→J/ψK∗0 における分岐比と偏光分率を測定することで、ペンギン項の寄与の役割を調査することである。
• B0s→J/ψφ 衰変における副次的ペンギン項の寄与を、B0s→J/ψK∗0 チャネルを通じて制約することである。
• 本研究は、幅差 ∆Γs の直接的決定を提供し、このパラメータの非ゼロ値の最初の直接観測を達成している。

提案手法

• B0s→J/ψK+K− 候補の不変質量、衰変時間、初期の b フレーバー、および衰変角度から φs を抽出するために、アンビンド最大尤度フィットが用いられた。
• J/ψ および K+K− 系の角度分布をモデル化することで、CP 偶数成分と CP 奇数成分を分離し、P 波および S 波の寄与を含めた。
• 衰変時間分解能は、J/ψ→μ+μ− バックグラウンドから得られた 1.45 ± 0.06 の係数でスケーリングされたガウス関数と確率密度関数を畳み込むことで補正された。
• フラバー・タギングは、高運動量のミュオン、電子、およびカイオンを用い、B+→J/ψK+ 衰変を用いて誤タギング確率をキャリブレーションした。これにより、有効タギングパワー Q = 2.29% が得られた。
• B0s→J/ψπ+π− に対しては、π+π− 系が 97.7% 以上 CP 奇数であるという事実を活用し、角度分解を実施する必要がなかった。
• 両方の衰変モードを同時にフィットすることで組み合わせられ、K+K− 質量に応じた P 波と S 波振幅の相対位相の時間発展を用いて、φs–∆Γs の不確実性を解消した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 B0s 系における CP 違反位相 φs の正確な値は何か？ また、標準模型の予測と比較するとどうなるか？
• RQ2 幅差 ∆Γs の測定値は何か？ これは標準模型の予測である非ゼロ値と整合的か？
• RQ3 ペンギン項の寄与は、B0s→J/ψK+K− 衰変における測定された非対称性にどの程度影響を与えるか？ また、B0s→J/ψK∗0 を通じて制約可能か？
• RQ4 角度依存および質量依存の観測量を用いて、(φs, ∆Γs) の二重不確実性をどのように解消できるか？
• RQ5 B0s→J/ψK∗0 の偏光分率と分岐比は何か？ これらはハドロン行列要素にどのような情報を与えるか？

主な発見

• B0s→J/ψK+K− および B0s→J/ψπ+π− の測定結果を統合した結果、φs = −0.002 ± 0.083(stat) ± 0.027(syst) rad が得られ、世界で最も精密な直接測定となった。
• この値は、標準模型予測の φSMs ≈ −2βs ≈ 0 rad と整合的であり、68% 確信区間がゼロを含む。
• 幅 Γs は 0.6580 ± 0.0054(stat) ± 0.0066(syst) ps⁻¹ として測定され、幅差 ∆Γs は 0.116 ± 0.018(stat) ± 0.006(syst) ps⁻¹ であった。
• 本解析により、非ゼロの ∆Γs の最初の直接観測が達成され、測定値は顕著にゼロより大きいことが示された。
• B0s→J/ψK∗0(892) の分岐比は (4.4+0.5−0.4 ± 0.8) × 10⁻⁵ として測定され、偏光分率は fL = 0.50 ± 0.08 ± 0.02、f∥ = 0.19+0.10−0.08 ± 0.02 であった。
• φs における系統的不確実性の主な要因は、角度受容率の不完全な知識と、直接 CP 違反効果の可能性であり、後者が合計不確実性の最大寄与を占めた。