[论文解读] Measurement of branching-fraction ratios and $CP$ asymmetries in $B^{\pm} o D_{CP\pm}K^{\pm}$ decays at Belle and Belle II

Belle, The, Collaborations, Belle II+428 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 1

一句话总结

本研究利用Belle与Belle II实验的联合数据，测量了B± → DCP±K±衰变过程中的CP破坏不对称性及分支比之比，为CKM角ϕ3提供了新的约束。结果得到ACP+ = (+12.5 ± 5.8 ± 1.4)% 与 ACP− = (−16.7 ± 5.7 ± 0.6)%，其差值具有3.5σ的显著性，由此得出ϕ3的68.3%置信区间以及强相位比rB的取值范围。

ABSTRACT

We report results from a study of $B^\pm ightarrow DK^\pm$ decays followed by $D$ decaying to $CP$~eigenstates, where $D$ indicates a $D^0$ or $\bar{D}^{0}$ meson. These decays are sensitive to the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa unitarity-triangle angle $\phi_{3}$. The results are based on a combined analysis of the final data set of $772 imes 10^6~B\bar{B}$ pairs collected by the Belle experiment and a data set of $198 imes 10^6~B\bar{B}$ pairs collected by the Belle~II experiment, both in electron-positron collisions at the $\Upsilon(4S)$ resonance. We measure the $CP$ asymmetries to be $\mathcal{ A}_{CP +} =~(+12.5 \pm 5.8 \pm 1.4)\% $ and $\mathcal{ A}_{CP -} =~(-16.7 \pm 5.7 \pm 0.6)\%$, and the ratios of branching fractions to be $\mathcal{ R}_{CP+}=~1.164 \pm 0.081 \pm 0.036 $ and $\mathcal{ R}_{CP-} =~1.151 \pm 0.074 \pm 0.019$. The first contribution to the uncertainties is statistical, and the second is systematic. The asymmetries $\mathcal{A}_{CP +}$ and $\mathcal{A}_{CP -}$ have similar magnitudes and opposite signs; their difference corresponds to 3.5~standard deviations. From these values we calculate 68.3% confidence intervals of ($8.5^{\circ}<\phi_{3}<16.5^{\circ}$) or ($84.5^{\circ}<\phi_{3}<95.5^{\circ}$) or ($163.3^{\circ}<\phi_{3}<171.5^{\circ}$) and $0.321

研究动机与目标

• 测量B± → DCP±K±衰变中的CP不对称性与分支比之比，以探测CKM角ϕ3。
• 通过结合Belle与Belle II实验的数据，改进对ϕ3的约束。
• 利用两实验获得的高统计量B̄B对，降低ϕ3确定的不确定性。
• 检验标准模型在涉及D介子CP本征态的B介子衰变中的自洽性。
• 精确测量ACP±与RCP±，并同时给出统计与系统学不确定性。

提出的方法

• 结合了在Υ(4S)共振态下采集的772 × 10⁶对B̄B（来自Belle）与198 × 10⁶对B̄B（来自Belle II）数据。
• 重建B± → DCP±K±衰变过程，其中D介子衰变为CP本征态（如Kπ、K̄π等）。
• 采用无采样扩展最大似然拟合方法提取信号事例数与CP不对称性。
• 利用控制样本对探测器效率、重建偏差与背景贡献进行修正。
• 通过专门研究信号与背景建模、质量分辨率及拟合程序，评估系统学不确定性。
• 基于单位三角形中的理论关系，利用测量得到的ACP±与RCP±提取ϕ3与强相位比rB的约束。

实验结果

研究问题

• RQ1 在B± → DCP±K±衰变中，测得的CP不对称性ACP+与ACP−分别为多少？
• RQ2 分支比之比RCP+与RCP−是多少？它们如何约束ϕ3？
• RQ3 ACP+与ACP−之间的差异在多大程度上显著？这对ϕ3有何含义？
• RQ4 基于数据，ϕ3的68.3%置信区间是什么？
• RQ5 根据测量结果，强相位比rB的允许取值范围是什么？

主要发现

• 测得的CP不对称性ACP+为(+12.5 ± 5.8 ± 1.4)%，包含统计与系统学不确定性。
• 测得的CP不对称性ACP−为(−16.7 ± 5.7 ± 0.6)%，包含统计与系统学不确定性。
• ACP+与ACP−之间的差异具有3.5个标准差的显著性。
• 分支比之比RCP+的测量结果为1.164 ± 0.081 ± 0.036。
• 分支比之比RCP−的测量结果为1.151 ± 0.074 ± 0.019。
• ϕ3的68.3%置信区间为(8.5° < ϕ3 < 16.5°)，(84.5° < ϕ3 < 95.5°)，或(163.3° < ϕ3 < 171.5°)，强相位比rB被约束在0.321 < rB < 0.465之间。