[论文解读] Charm Mixing and Lifetimes at Babar

A. Pompili|ArXiv.org|May 21, 2002

Historical Astronomy and Related Studies被引用 3

一句话总结

本论文利用来自PEP-II的57.8 fb⁻¹数据，对 charm 混合参数 $ y = \Delta\Gamma/2\Gamma $ 进行了初步测量。在CP守恒假设下，通过比较Cabibbo增强（$ K^-π^+ $）与Cabibbo抑制（$ K^-K^+ $，$ \pi^-π^+ $）衰变模式中 $ D^0 $ 的寿命，报告得到 $ y = (1.4 \pm 1.0\text{ (统计.)} \pm^{0.6}_{-0.7}\text{ (系统.)})\% $，与零一致，但未被先前测量排除的正值暗示存在新物理的可能。

ABSTRACT

Preliminary limits on the D^0 mixing parameter y = ΔΓ/ 2 Γare obtained using about 57.8 fb^-1 of data collected by BaBar in 2000 and 2001:y = (1.4 \pm 1.0 (stat.) +0.6 -0.7 (syst.))%. y is extracted, provided that CP is conserved, by measuring separately the D^0 lifetime for the Cabibbo-suppressed decay modes K- K+, π- π+ and the Cabibbo-favoured mode K- π+. Backgrounds are suppressed by D*-tag and particle identification requirements.

研究动机与目标

• 利用时间相关的Cabibbo增强与抑制衰变模式之间 $ D^0 $ 寿命差异，测量 $ D^0 $ 混合参数 $ y = \Delta\Gamma/2\Gamma $。
• 通过增强的 $ y $ 值检验标准模型之外的物理，这可能源于最终态相互作用或新物理贡献。
• 通过利用能抵消共同探测器效应的寿命比技术，减少 $ y $ 的系统不确定性。
• 利用BaBar实验中来自 $ c\bar{c} $ 连续态的高统计样本，提供 $ y $ 的精确测量。

提出的方法

• 利用 $ D^{*+} \to D^0 \pi_s^+ $ 标记，在横平面中通过飞行长度确定本征时间，重建 $ D^0 \to h^+h^- $ 候选事例。
• 应用严格的粒子识别（DIRC、SVT、DCH）和 $ \delta m = m(D^{*+}) - m(D^0) $ 选择，以抑制组合背景。
• 对本征时间分布使用无采样最大似然拟合，提取每种衰变模式的 $ \tau(D^0) $，背景使用边带模型。
• 在CP守恒假设下，将寿命比 $ \tau(K^-π^+)/\tau(h^-h^+) - 1 $ 作为 $ y_{\text{CP}} $ 的代理。
• 通过在大型模拟样本上改变追踪、PID、顶点重建、对准和蒙特卡罗统计，估算系统不确定性。
• 应用束斑约束，并使用束斑重新拟合 $ D^* $ 衰变顶点，以提高 $ \delta m $ 分辨率并减少背景。

实验结果

研究问题

• RQ1 当前实验对c强子混合参数 $ y = \Delta\Gamma/2\Gamma $ 的限制是什么？与标准模型预测相比如何？
• RQ2 Cabibbo增强与Cabibbo抑制的 $ D^0 $ 衰变之间的寿命差异能否用于高精度提取 $ y $ ？
• RQ3 探测器相关的系统误差在多大程度上影响 $ y $ 的测量？能否通过比值技术加以缓解？
• RQ4 是否存在非零 $ y $ 的证据？它是否暗示存在标准模型之外的物理？

主要发现

• 对于 $ K^-K^+ $ 模式，测得的 $ y $ 值为 $ 1.5 \pm 1.3\text{ (统计.)} \pm^{0.6}_{-0.7}\text{ (系统.)}\% $，在不确定度范围内与零一致。
• 对于 $ \pi^-\pi^+ $ 模式，$ y = 1.0 \pm 1.7\text{ (统计.)} \pm^{1.2}_{-1.4}\text{ (系统.)}\% $，由于事件产额较低，统计不确定性更大。
• 来自两种Cabibbo抑制模式的平均 $ y $ 值为 $ 1.4 \pm 1.0\text{ (统计.)} \pm^{0.6}_{-0.7}\text{ (系统.)}\% $，表明存在正值但不显著偏离零。
• 系统不确定性主要由蒙特卡罗统计主导，追踪和PID对 $ \pi\pi $ 模式影响显著。
• 结果与BELLE和FOCUS的先前测量一致，$ y $ 参数中未观察到显著的CP破坏。
• 该分析表明，寿命比技术可有效降低系统效应，使 $ y $ 成为未来高精度测量的稳健可观测量。