[论文解读] Study of photon reconstruction efficiency using $B^+ o J/\psi K^{(*)+}$ decays in the LHCb experiment

E. Govorkova|arXiv (Cornell University)|May 12, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 22被引用 7

一句话总结

本文利用 B⁺ → J/ψK⁺ 和 B⁺ → J/ψK*⁺ → J/ψK⁺π⁰ 衰变，基于真实数据测量了 LHCb 实验中光子与中性 pion 的重建效率。通过比较数据与模拟中的相对信号产率，推导出重建效率的修正因子，发现 2011 年光子效率修正因子为 101.6% ± 1.3%（统计）± 1.1%（系统）± 3.3%（分支比误差），2012 年为 102.9% ± 0.9%（统计）± 0.8%（系统）± 3.4%（分支比误差），其值随光子横动量和 pion 动量变化。

ABSTRACT

The reconstruction efficiency of photons and neutral pions is measured using the relative yields of reconstructed $B^+ o J/\psi K^{*+} ( o K^+ \pi^{0})$ and $B^+ o J/\psi K^{+}$ decays. The efficiency is studied using the data set, corresponding to an integrated luminosity of $3~\mathrm{fb}^{-1}$, collected by the LHCb experiment in proton-proton collisions at the centre-of-mass energies of 7 and 8 TeV.

研究动机与目标

• 利用真实数据测量 LHCb 探测器中光子与中性 pion 的重建效率。
• 校正模拟与真实探测器响应在光子重建中的差异。
• 降低涉及光子与 π⁰ 的 B 介子衰变测量中的系统不确定性。
• 提供与能量和动量相关的光子重建效率修正因子。

提出的方法

• 利用 B⁺ → J/ψK⁺ 与 B⁺ → J/ψK*⁺ → J/ψK⁺π⁰ 衰变的相对产率提取效率修正因子。
• 应用修正因子公式：ηcorr_π0 = (N_B+→J/ψK*+ / N_B+→J/ψK+) × (εMC_B+→J/ψK+ / εMC_B+→J/ψK*+) × (B(B+→J/ψK+) / B(B+→J/ψK*+))。
• 使用数据对基于模拟的效率进行修正，通过衰变模式的拓扑相似性最小化系统不确定性。
• 对光子横动量（ET(γ)）与 pion 横动量（pT(π⁰)）进行逐箱修正，采用 χ² 最小化方法。
• 通过在修正因子不确定度范围内变化并重新计算 400 次，估算系统不确定性。
• 将 ηcorr_π0 解释为光子效率修正因子的平方：ηcorr_γ = √ηcorr_π0。

实验结果

研究问题

• RQ1 LHCb 探测器中光子重建效率的数据驱动修正因子是什么？
• RQ2 光子重建效率如何随横动量（ET(γ)）变化？
• RQ3 修正因子对中性 pion 横动量（pT(π⁰)）的依赖关系如何？
• RQ4 统计与系统不确定性如何影响最终的修正因子？
• RQ5 已知的分支比比值在多大程度上可降低效率修正的整体不确定性？

主要发现

• 2011 年数据的光子重建效率修正因子为 101.6% ± 1.3%（统计）± 1.1%（系统）± 3.3%（分支比误差）。
• 2012 年数据的修正因子为 102.9% ± 0.9%（统计）± 0.8%（系统）± 3.4%（分支比误差）。
• 2011 年，光子效率修正因子随横动量变化，500–700 GeV/c 与 >700 GeV/c 能区的范围为 93.5% 至 104.5%。
• 当 pT(π⁰) > 2.0 GeV/c 时，2011 年的修正因子达到 117.2% ± 3.7%（统计）± 2.6%（系统）± 7.6%（分支比误差）。
• 修正因子在高 pT(π⁰) 处显著上升，表明高动量下重建效率下降。
• 系统不确定性通过 400 次蒙特卡罗模拟变化估算，采用 68% 置信区间作为最终系统误差。