[论文解读] LHCb Results on Semileptonic B/B$_s$/$\Lambda_b$ Decays

C. Bozzi|arXiv (Cornell University)|Mar 18, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用 3

一句话总结

本文利用√s = 7 和 8 TeV 下的 3 fb⁻¹ 质子-质子碰撞数据，报告了 LHCb 对 B、B$_s$ 和 Λ$_b$ 强子的半轻衰变的测量结果。通过重建粲-μ子对并利用顶点分离技术确定 b-强子的飞行方向，LHCb 实现了对 b-强子产生分数的精确测定，并对 B$_s$ 系统的半轻 CP 异常实现了迄今为止最精确的测量。

ABSTRACT

Studies of semileptonic decays of b hadrons with the LHCb experiment are reported. In particular, measurements of the b hadron production fractions at the LHC and Bs semileptonic decays in P-wave charmed mesons are presented. An outlook of the LHCb potential in measuring the CKM matrix elements Vub and Vcb, as well as decays involving taus, is given.

研究动机与目标

• 在 LHC 上测量 B$_s$ 和 Λ$_b$ 强子相对于 B$^0$ 和 B$^+$ 介子的产生分数。
• 对 B$_s$ 系统的半轻 CP 异常实现迄今为止最精确的测量。
• 通过专属半轻衰变分析，为未来精确测定 CKM 矩阵元 |V$_{cb}$| 和 |V$_{ub}$| 创造条件。
• 通过重建 P 波粲介子和径向激发态，研究包含半轻宽度的组成。
• 探讨尽管存在中微子重建的挑战，B → D(∗)τ⁻ν 衰变测量的可行性。

提出的方法

• 通过包含 D$^0$、D$^+$、D$_s^+$ 或 Λ$_c^+$ 与一个 μ 子的末态重建半轻衰变，利用顶点分离识别 b-强子的起源。
• 应用撞击参数要求以抑制本征粲背景。
• 对 q² 和强子质量（m(D$_s^+$μ) 或 m(Λ$_c^+$μ)）进行二维拟合，以分离信号组分并估计背景。
• 在 b-强子静止参考系中，利用主顶点与次级顶点的分离，通过双重歧义实现中微子动量重建。
• 利用 3 fb$^{-1}$ 数据样本，在伪快度（η）和横动量（p$_T$）的分箱中测量产生分数。
• 通过重建 D$^0$K$^\pm$ 或 D$^0$p 最终态并利用同位旋对称性，估算混入效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 LHC 上，B$_s$ 和 Λ$_b$ 强子相对于 B$^0$ 和 B$^+$ 介子的产生分数是多少？
• RQ2 B$_s$ 系统中半轻 CP 异常的最精确测量结果是什么？
• RQ3 是否可以通过 B$_s$ 和 Λ$_b$ 的专属半轻衰变精确测定 |V$_{cb}$| 和 |V$_{ub}$|？
• RQ4 P 波粲介子和径向激发态对包含半轻宽度的贡献是什么？
• RQ5 尽管存在中微子重建的挑战，LHCb 是否能够实现 B → D(∗)τ⁻ν 衰变的测量？

主要发现

• B$_s$ 的产生分数测量结果为 fs/(fu + fd) = 0.134 ± 0.004(统计) ± 0.011(系统) −0.010(系统)，且无显著的 p$_T$ 依赖性。
• Λ$_b$ 的产生分数测量结果为 f$_{\Lambda b}$/(fu + fd) = (0.404 ± 0.017(统计) ± 0.027(系统) ± 0.105(系统)) × [1 − (0.031 ± 0.004)p$_T$]，单位为 GeV，显示出 p$_T$ 依赖性。
• 首次观测到半轻衰变 B$_s$ → D$_{s2}^{*+}$ Xμν，同时实现了对 B$_s$ → D$_{s1}^{+}$ Xμν 的最精确测量。
• 在 B$_s$ → D$_s^+$ Xμν 衰变中，q² 分辨率达到了约 0.4 GeV²，与 B 介子工厂的测量结果相当。
• 对 q² 和 m(D$_s^+$μ) 的二维拟合成功分离了信号组分，包括 P 波 D 介子和 D$^{*+}$。
• 该分析证明了利用三支 τ 衰变和具有四重歧义的中微子重建方法测量 B → D(∗)τ⁻ν 衰变的可行性。