[论文解读] Hadronic Charm Decays and D Mixing

S. Stone|ArXiv.org|May 11, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 5被引用 6

一句话总结

本论文利用CLEO-c实验在$ψ(3770)$共振态采集的数据，报告了粲介子衰变的绝对分支比的更新高精度测量结果。结果包括${\cal{B}}(D^0\to K^-\pi^+)=(3.87\pm0.06)\%$，${\cal{B}}(D^+\to K^-\pi^+\pi^+)=(9.12\pm0.19)\%$，以及有效分支比${\cal{B}}^{\rm eff}(D_S^+\to\phi\pi^+)=(3.49\pm0.39)\%$；同时对$D^0$-$\overline{D}^0$混合设定了严格的限制，并未发现CP或T violation的证据。

ABSTRACT

I discuss new results on absolute branching ratios of charm mesons into specific exclusive final states, Cabibbo suppressed decay rates, inclusive decays to $s\bar{s}$ mesons, limits on D^0 anti-D^0 mixing, CP violation and T violation. Preliminary results from CLEO-c now dominate the world average absolute branching fractions. For the most important normalization modes involving D^0 and D^+, the averages are B(D^0 -> K^- pi^+ = (3.87 +/- 0.06)%, and B(D^+ -> K^- pi^+ pi^+)= (9.12 +/- 0.19)%. For the Ds^+ CLEO-c measures B(Ds+ -> K^- K^+ pi^+)=(4.54^{+0.44}_{-0.42} =/- 0.25)%. Using this rate, I derive an effective branching ratio B(eff)(Ds^+ -> phi pi^+)=(3.49 +/- 0.39)%, that is appropriate for use in extracting other branching fractions that have often been measured relative to this mode. This number is compared with other determinations.

研究动机与目标

• 利用CLEO-c数据，以更高精度测定$D^0$、$D^+$和$D_S^+$衰变的绝对分支比。
• 通过推导$D_S^+\to\phi\pi^+$的有效分支比，建立$D_S^+$衰变的可靠归一化模式。
• 对$D^0$-$\overline{D}^0$混合设定严格限制，并在粲衰变中搜索CP和T破坏的迹象。
• 为关键的Cabibbo抑制及双重Cabibbo抑制衰变模式提供更新的世界平均分支比。
• 通过改进对粲夸克衰变的理解（占$b$衰变的约99%），支持$b$-介子衰变的研究。

提出的方法

• 在$\psi(3770)$共振态下采用单标记和双标记重建方法，通过$m_{\rm BC}$和$\Delta E$重建来测量绝对分支比。
• 对单标记和双标记事件进行联合拟合，直接提取分支比，从而减少对归一化模式的依赖。
• 利用束流约束质量（$m_{\rm BC}$）和能量差（$\Delta E$）识别高纯度的$D$介子候选事例。
• 从测量得到的${\cal{B}}(D_S^+\to K^-K^+\pi^+)$推导出有效分支比${\cal{B}}^{\rm eff}(D_S^+\to\phi\pi^+)$，并考虑干涉效应的影响。
• 分析Dalitz图分布和三重乘积相关性，以搜索CP和T破坏的迹象。
• 将CLEO-c的结果与PDG的平均值相结合，为关键分支比和混合限制提供世界领先的精度。

实验结果

研究问题

• RQ1 对于$D^0\to K^-\pi^+$和$D^+\to K^-\pi^+\pi^+$衰变，目前最精确的绝对分支比是多少？
• RQ2 适用于其他$D_S^+$衰变测量中归一化的$D_S^+\to\phi\pi^+$的有效分支比是多少？
• RQ3 对$D^0$-$\overline{D}^0$混合的当前限制是什么？它们是否已进入新物理的探测区域？
• RQ4 在粲衰变中，特别是$D^0$和$D_S^+$衰变中，是否存在CP或T破坏的证据？
• RQ5 更新后的分支比对$B$介子衰变中整体粲夸克产额有何影响？

主要发现

• 基于CLEO-c数据，世界平均的$D^0\to K^-\pi^+$绝对分支比测定为$(3.87\pm0.06)\%$。
• $D^+\to K^-\pi^+\pi^+$的绝对分支比为$(9.12\pm0.19)\%$，精度显著提升。
• $D_S^+\to K^-K^+\pi^+$的分支比测定为$(4.54^{+0.44}_{-0.42}\pm0.25)\%$，由此推导出有效分支比。
• 有效分支比${\cal{B}}^{\rm eff}(D_S^+\to\phi\pi^+)$确定为$(3.49\pm0.39)\%$，适用于其他$D_S^+$衰变测量的归一化。
• 未发现$D^0$-$\overline{D}^0$混合的显著证据，95%置信水平下限制为$|y'|<2.5\%$和$|x'^2|<7.2\times10^{-3}$。
• 在粲衰变中未观察到CP或T破坏的证据，所有不对称性均在不确定度范围内与零一致。