[논문 리뷰] Measurement of Time-Dependent CP-Violating Asymmetries in B0 Meson Decays to eta'K0L

B. Aubert, Collaboration, BABAR|ArXiv.org|2005. 07. 20.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 PEP-II에서 B A B AR 실험으로부터 수집한 23200만 개의 $B\bar{B}$ 쌍을 사용하여 $B^0 \to \eta'K^0_L$ 붕괴에서 시간에 따라 변화하는 CP 위반 비대칭성의 初기 측정을 제시한다. 분석 결과, $S = 0.60 \pm 0.31\ (\text{통계}) \pm 0.04\ (\text{계측})$ 및 $C = 0.10 \pm 0.21\ (\text{통계}) \pm 0.03\ (\text{계측})$를 도출하였으며, $\eta'K^0_S$ 및 $\eta'K^0_L$ 데이터를 동시에 피팅한 결과 $S = 0.36 \pm 0.13\ (\text{통계}) \pm 0.03\ (\text{계측})$ 및 $C = -0.16 \pm 0.09\ (\text{통계}) \pm 0.02\ (\text{계측})$를 얻었으며, 이는 $B^0 \to J/\psi K^0_S$ 붕괴에서 측정된 $\sin 2\beta$ 값과 2.8σ의 편차를 보이고 있다.

ABSTRACT

We present a preliminary measurement of CP-violating parameters S and C from fits of the time-dependence of B0 meson decays to eta'K0L. The data were recorded with the BABAR detector at PEP-II and correspond to 232 10^6 BBbar pairs produced in e+e- annihilation through the Y(4S) resonance. By fitting the time-dependent CP asymmetry of the reconstructed B0 --> eta'K0L events, we find S = 0.60 +- 0.31 +- 0.04 and C = 0.10 +- 0.21 +- 0.03, where the first error quoted is statistical and the second is systematic. We also perform a combined fit using both eta'K0S and eta'K0L data, and find S = 0.36 +- 0.13 +- 0.03 and C = -0.16 +- 0.09 +- 0.02.

연구 동기 및 목표

• 대규모 $B\bar{B}$ 쌍 샘플을 이용하여 $B^0 \to \eta'K^0_L$ 붕괴에서 시간에 따라 변화하는 CP 위반 비대칭성 파rameter인 $S$와 $C$를 측정하는 것.
• 측정된 $S$ 파라미터가 $B^0 \to J/\psi K^0_S$ 붕괴에서의 $\sin 2\beta$ 값에 의해 예측된 표준모형 예측과 일치하는지 평가하는 것.
• 더 강력한 $S$ 및 $C$ 값 추출을 위해 $\eta'K^0_L$ 및 $\eta'K^0_S$ 데이터를 동시에 피팅하여 정밀도를 향상시키는 것.
• PDF 형상, SVT 정렬, 배경 및 빔 스포트 영향 등 측정의 체계적 불확실성 요소를 평가하고 정량화하는 것.

제안 방법

• $B^0 \to \eta'K^0_L$ 붕괴를 PEP-II의 B A B AR 검출기로 재구성하여, $\eta'$가 $\eta\pi^+\pi^-$ 또는 $\rho^0\gamma$ 붕괴 모드를 통해 생성된 경우를 선택한다.
• 신호 및 배경 성분을 모델링하는 우도 함수를 사용하여 $B^0$ 붕괴 시간 분포에 대해 시간에 따라 변화하는 피팅을 수행하여 CP 위반 파rameter인 $S$와 $C$를 추출한다.
• 몬테카를로 시뮬레이션과 데이터 기반 방법을 사용하여 $B^0$ 태깅 효율, $B^0$-$\bar{B}^0$ 혼합, $B^0$ 붕괴 시간 해상도 보정을 적용한다.
• PDF 형상, SVT 정렬, 배경 기여, 빔 스포트 파라미터 및 신호 모델 파라미터를 변화시켜 체계적 불확실성을 추정하고, 모든 기여를 제곱근 합으로 조합한다.
• $\eta'K^0_S$ 및 $\eta'K^0_L$ 샘플을 모두 사용하여 공동 피팅을 수행하여 통계적 정밀도를 향상시키고 불확실성을 감소시킨다.
• 가짜 실험과 제어 샘플(예: $B^0 \to J/\psi K^0_L$)을 사용하여 피팅 절차를 검증하여 편향이 거의 없고 기대되는 오차와 관측된 오차가 잘 일치함을 확인한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 시간에 따라 변화하는 CP 위반 파라미터 $S$의 값은 $B^0 \to \eta'K^0_L$ 붕괴에서 얼마이며, $\sin 2\beta$를 통한 표준모형 예측과 비교해 볼 때 어떻게 되는가?
• RQ2 시간에 따라 변화하는 CP 위반 파라미터 $C$의 값은 $B^0 \to \eta'K^0_L$ 붕괴에서 얼마이며, 직접적인 CP 위반에 대해 어떤 함의를 갖는가?
• RQ3 $\eta'K^0_L$ 붕괴에서 측정된 $S$ 및 $C$ 파라미터가 $\eta'K^0_S$ 붕괴와 결합되었을 때 어떻게 비교되는가?
• RQ4 시간에 따라 변화하는 $S$ 및 $C$ 측정에서 주요 체계적 불확실성 원인은 무엇인가?
• RQ5 $B^0 \to J/\psi K^0_S$ 붕괴에서 측정된 $\sin 2\beta$ 값과의 관측된 편차를 고려할 때, $B^0 \to \eta'K^0_L$ 붕괴 모드에서 새로운 물리학의 증거가 있는가?

주요 결과

• $\eta'\pi^+\pi^-$ 및 $\rho^0\gamma$ 붕괴 모드를 각각 사용하여, $137 \pm 22$ 개의 $\eta'K^0_L$ 사건과 $303 \pm 49$ 개의 $\eta'K^0_L$ 사건을 재구성하였다.
• $B^0 \to \eta'K^0_L$ 붕괴에서 측정된 $S$ 파라미터는 $S = 0.60 \pm 0.31\ (\text{통계}) \pm 0.04\ (\text{계측})$이며, $B^0 \to J/\psi K^0_S$ 붕괴에서 측정된 $\sin 2\beta = 0.722 \pm 0.040 \pm 0.023$ 값과 2.8σ의 편차를 보였다.
• $B^0 \to \eta'K^0_L$ 붕괴에서 측정된 $C$ 파라미터는 $C = 0.10 \pm 0.21\ (\text{통계}) \pm 0.03\ (\text{계측})$이며, 오차 범위 내에서 0과 일치한다.
• $\eta'K^0_S$ 및 $\eta'K^0_L$ 데이터를 동시에 피팅한 결과, $S$ 파라미터는 $S = 0.36 \pm 0.13\ (\text{통계}) \pm 0.03\ (\text{계측})$로 측정되었고, $C = -0.16 \pm 0.09\ (\text{통계}) \pm 0.02\ (\text{계측})$였다.
• $S$의 총 체계적 불확실성은 $0.04$, $C$의 총 체계적 불확실성은 $0.03$이며, 주로 $B\bar{B}$ 배경 및 PDF 형상 변화에 기인한다.
• 가짜 실험과 제어 샘플을 통한 검증을 통해 피팅에 대한 편향이 거의 없고, 기대되는 오차와 관측된 오차 사이에 양호한 일치가 확인되었다.