[论文解读] Measurement of B meson production fraction ratios in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV using open-charm and charmonium decays

CMS Collaboration|arXiv (Cornell University)|Feb 10, 2026

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 0

一句话总结

论文报道在13 TeV 的质子-质子碰撞中使用开放魅（open-charm）和重子蒽（charmonium）衰变通道测量B介子产生分数比，包括 f_s/f_u、f_s/f_d 及相关观测量。

ABSTRACT

Production fraction ratios of B$^+$, B$^0$, and B$^0_\mathrm{s}$ mesons are measured in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV using a special data set recorded in 2018 with high-rate triggers designed to collect an unbiased sample of $10^{10}$ b hadrons with the CMS experiment at the LHC. These data allow the use of the open-charm decays of B mesons (B$_\mathrm{(s)}$ $ o$ $π$D$_\mathrm{(s)}$) where the D meson decays into fully hadronic final states. Production fraction ratios as functions of B meson transverse momentum ($p_\mathrm{T}$) and rapidity ($y$) are measured using the open-charm decays in the kinematic range of 8 $\lt$ $p_\mathrm{T}$ $\lt$ 60 GeV and $\lvert y vert$ $\lt$ 2.25. In addition, the same data are used to measure the relative production fraction ratios with the charmonium decay channels (B$_\mathrm{(s)}$ $ o$ X$\,$J/$ψ$ with X indicating a K$^+$, K$^*$(892)$^0$, or $ϕ$(1020) meson) with the J/$ψ$ meson decaying into a pair of muons. By utilizing known branching fractions, precision theoretical calculations, and the open-charm results, the production fraction ratios in the charmonium samples are determined with an absolute normalization for the first time. These results also improve several world-average values of the ratios of branching fractions of B meson decays to charmonium and open-charm states. Finally, we test isospin invariance in B meson production in proton-proton collisions and observe that it holds within the experimental precision.

研究动机与目标

• 需要确定B介子分裂分数，以改善LHC pp 碰撞中 Charm 与 Bottom 强子产生的理解。
• 确定产生分数比 f_s/f_u、f_s/f_d 及相关观测量，以约束强子化模型。
• 利用多种衰变通道实现精确测量并在开放 Charm 与重子蒽探针之间实现一致性交叉验证。
• 在可能的情况下为所测比值提供绝对标准化。

提出的方法

• 使用开放魅和重子蒽衰变通道作为对B_s、B_u、B_d 产生分数的探针。
• 分析质子-质子碰撞在质心能量为13 TeV 时的数据以提取分裂分数。
• 结合来自多个通道的信息，形成并对 f_s/f_u、f_s/f_d、R_s 及 R_s^d 的比值及其绝对标准化进行归一化。
• 报告每个测量所采用的通道及相应的开放魅或重子蒽探针的包含情况。

实验结果

研究问题

• RQ1 在13 TeV 下测得的生产分数比 f_s/f_u、f_s/f_d 及其不确定性是多少？
• RQ2 从数据推导出的 R_s 与 R_s^d 的取值是多少？它们在不同通道之间的比较如何？
• RQ3 开放魅与重子蒽衰变探针在确定B介子分裂分数时如何互补？
• RQ4 所能达到的这些比值的绝对标准化是多少，以及如何确定？
• RQ5 结果在不同衰变通道和探针之间是否一致？

主要发现

• 本研究报道了B介子产生分数比 f_s/f_u 与 f_s/f_d 的测量。
• 工作还使用组合通道确定观测量 R_s 与 R_s^d（及其标准化），并给出结果。
• 采用开放魅和重子蒽探针来提取分裂分数。
• 论文总结了每个测量贡献的衰变通道以及通道如何被组合用于标准化。