[論文レビュー] Y(5S) Results at Belle

R. Louvot|arXiv (Cornell University)|May 27, 2009

Superconducting Materials and Applications被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、Υ(5S)共鳴状態で収集された23.6 fb⁻¹のデータから得られるBelle共同研究の最終結果を提示しており、Bₛ⁰崩壊およびボトミウムスペクトロスコピーに焦点を当てている。Bₛ⁰ → J/ψφの絶対的分岐率測定が初めて報告され、(1.15 ± 0.28) × 10⁻³ の値が得られた。Bₛ⁰ → Dₛ⁻π⁺ および Bₛ⁰ → Dₛ⁻K⁺ の高精度測定が行われ、また、Υ(5S) → Υ(nS)π⁺π⁻ の異常な生成が示唆される証拠が得られ、新たな共鳴状態の可能性を示唆している。

ABSTRACT

The data sample recorded with the Belle detector at the KEKB B factory (Tsukuba, Japan) operating at the Y(5S) energy provides interesting and new results about the Bs0 mesons and the Y(5S) resonance. Recent analyses, based on data samples collected at the Y(5S) resonance (23.6 /fb) or near it (7.9 /fb), are presented with a special focus on the final results on the Bs0 ->Ds- pi+ and Bs0 -> Ds-/+ K+/- decays, and on the intriguing Y(5S) -> Y(nS) pi+ pi- measurements.

研究の動機と目的

• Υ(5S)共鳴状態におけるe⁺e⁻衝突のクリアな環境を用いて、Bₛ⁰崩壊の絶対的分岐率を測定すること。
• 完全に再構成された最終状態を用いて、Bₛ⁰メソンの性質、特にCP違反崩壊および半レプトン的崩壊を調べること。
• 興味深いΥ(5S) → Υ(nS)π⁺π⁻ 崩壊モードを調査し、ボトミウムスペクトロスコピーに与える潜在的影響を検討すること。
• Υ(5S)イベントで生成されるBₛ⁰メソンの割合および、Bₛ⁰ → φγ や Bₛ⁰ → γγ などのレア崩壊の分岐率を決定すること。

提案手法

• ビーム制約質量（M_bc）およびエネルギー差（ΔE）変数を用いて、完全に再構成された最終状態を通じてBₛ⁰候補を抽出した。
• 信号収量を抽出するために、(M_bc, ΔE)平面における二次元フィットを実施し、Bₛ* B̄ₛ*, Bₛ* Bₛ⁰, および Bₛ⁰ B̄ₛ⁰ 崩壊に対応する3つの明確な信号領域を設定した。
• Υ(5S)共鳴状態の高いフルエンスとクリアな初期状態を活用し、モデル依存の仮定を避けて絶対的分岐率を測定した。
• Dₛ⁻崩壊の特定に向け、複数の崩壊チャネル（Dₛ⁻ → φπ⁻, K*⁰K⁻, Kₛ⁰K⁻）を用いた運動量再構成技術を適用した。
• Υ(5S)共鳴状態の周辺で六点エネルギー走査を実施し、Υ(nS)π⁺π⁻ 生成断面積のエネルギー依存性を調査した。
• 排他的および包含的ハドロン線形形状をフィットして共鳴パラメータを抽出し、既知の状態の期待値と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Bₛ⁰ → J/ψφ 崩壊モードの絶対的分岐率は何か？ また、これは標準模型の予測とどのように比較されるか？
• RQ2 Υ(5S)共鳴状態における、カビボ・抑制されたBₛ⁰ → Dₛ⁻K⁺ およびフレーバー特異的Bₛ⁰ → Dₛ⁻π⁺ 崩壊の分岐率は何か？
• RQ3 Υ(5S) → Υ(nS)π⁺π⁻ の断面積が予想よりも著しく大きいのはなぜか？ これは、基礎的な共鳴構造に何を示唆するか？
• RQ4 レア崩壊Bₛ⁰ → φγ の分岐率は何か？ また、標準模型の予測と比較するとどうなるか？
• RQ5 観測された線形形状の不一致に基づいて、Υ(5S) → Υ(nS)π⁺π⁻ チャネルに新たな共鳴状態の証拠があるか？

主な発見

• Bₛ⁰ → J/ψφ の絶対的分岐率測定が初めて報告され、(1.15 ± 0.28) × 10⁻³ の値が得られた。また、カビボ抑制されたBₛ⁰ → J/ψKₛ⁰ モードには顕著な信号は観測されなかった。
• Bₛ⁰ → Dₛ⁻π⁺ の分岐率は (3.67 ± 0.35(stat.) ± 0.43(syst.) ± 0.49(f_s)) × 10⁻³ であり、f_s = 19.3 ± 2.9% である。
• Bₛ⁰ → Dₛ⁻K⁺ の分岐率は (1.25 ± 0.25(stat.) ± 0.15(syst.) ± 0.14(f_s)) × 10⁻³ である。
• Bₛ⁰ → γγ の上限は 8.7 × 10⁻⁶ に設定され、以前の上限よりも6倍も厳しく、標準模型の予測と整合的である。
• 排他的なΥ(nS)π⁺π⁻ 線形形状は、より狭い（Γ = 54.7⁺⁸.⁹₋₇.₆ MeV）かつ +24.6 ± 8.3 MeV/c² だけシフトしており、新たな共鳴状態の可能性を示唆している。
• 包含的ハドロン線形形状は、以前のCLEOおよびCUSBの測定と整合的であるが、排他的なΥ(nS)π⁺π⁻ 線形形状には顕著な不一致が見られ、新しい物理現象または新たな共鳴状態の存在を示唆している。