[论文解读] Measurement of branching fractions for two-body charmless B decays to charged pions and kaons at BABAR

B. Aubert|arXiv (Cornell University)|Jul 27, 2000

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 2

一句话总结

本研究利用在PEP-II对撞机上由BABAR探测器收集的880万对B̄B̄，测量了胶子非初态两体B介子衰变至带电π介子和K介子的分支比。报告的分支比如下：B(B⁰ → π⁺π⁻) = (9.3⁺².⁶₋².³⁺¹.²₋₁.⁴) × 10⁻⁶，B(B⁰ → K⁺π⁻) = (12.5⁺³.⁰₋².⁶⁺¹.³₋₁.⁷) × 10⁻⁶，且在90%置信水平下，B(B⁰ → K⁺K⁻)的上限为< 6.6 × 10⁻⁶。

ABSTRACT

We present preliminary results of a search for charmless two-body B decays to charged pions and kaons using data collected by the BABAR detector at the Stanford Linear Accelerator Center's PEP-II storage ring. In a sample of 8.8 million produced B-anti-B pairs we measure the branching fractions B(B^0 --&gt; pi^+pi^-) = (9.3^{+2.6}_{-2.3}^{+1.2}_{-1.4}) x 10^{-6} and B(B^0 --&gt; K^+\\pi^-) = (12.5^{+3.0}_{-2.6}^{+1.3}_{-1.7}) x 10^{-6}, where the first uncertainty is statistical and the second is systematic. For the decay B^0 --&gt; K^+K^- we find no significant signal and set an upper limit of B(B^0 --&gt; K^+K^-) &lt; 6.6 x 10^{-6} at the 90% confidence level.

研究动机与目标

• 利用BABAR实验的数据，测量胶子非初态两体B衰变至带电π介子和K介子的分支比。
• 搜索在标准模型中高度抑制的衰变B⁰ → K⁺K⁻，该衰变可作为新物理的探针。
• 提高对B⁰ → π⁺π⁻和B⁰ → K⁺π⁻衰变分支比测量的精度，这些衰变对CP破坏和新物理贡献敏感。
• 量化分支比测量中的系统与统计不确定度，以改善理论与现象学比较。
• 在90%置信水平下，为稀有衰变B⁰ → K⁺K⁻的分支比设定严格上限。

提出的方法

• 数据来自在PEP-II非对称能量e⁺e⁻储存环上使用BABAR探测器收集的880万对B̄B̄。
• 通过粒子鉴别技术识别末态粒子为带电π介子和K介子，完成衰变重建。
• 利用最大似然拟合方法对重建衰变模式的不变质量分布进行拟合，提取信号事例数。
• 通过改变选择标准、粒子鉴别效率和背景建模方式，评估系统不确定度。
• 分支比计算为信号事例数与B̄B̄总事例数之比，已对探测效率和B衰变模式分支比进行修正。
• 对于B⁰ → K⁺K⁻模式，由于未观测到显著信号，采用轮廓似然法在90%置信水平下设定上限。

实验结果

研究问题

• RQ1 胶子非初态衰变B⁰ → π⁺π⁻的分支比是多少？测量精度如何？
• RQ2 B⁰ → K⁺π⁻衰变的分支比是多少？统计与系统不确定度的贡献分别是什么？
• RQ3 是否观测到稀有衰变B⁰ → K⁺K⁻的显著信号？若无，可设定多高的上限？
• RQ4 测量得到的分支比与标准模型预测及新物理约束相比如何？
• RQ5 在扣除背景贡献和探测器效率后，观测事例数的显著性如何？

主要发现

• 测得B(B⁰ → π⁺π⁻)的分支比为(9.3⁺².⁶₋².³⁺¹.²₋₁.⁴) × 10⁻⁶，包含统计与系统不确定度。
• 测得B(B⁰ → K⁺π⁻)的分支比为(12.5⁺³.⁰₋².⁶⁺¹.³₋₁.⁷) × 10⁻⁶，相比以往测量精度有所提升。
• 未观测到B⁰ → K⁺K⁻衰变的显著信号，因此在90%置信水平下，其分支比上限为B(B⁰ → K⁺K⁻) < 6.6 × 10⁻⁶。
• 统计不确定度主要由重建事例数决定，系统不确定度则源于粒子鉴别与背景建模。
• 结果与标准模型对这些稀有衰变的预期一致，未发现显著偏离，表明当前水平下无新物理迹象。
• 分支比测量达到的精度为检验幺正三角形和探究B介子衰变中的CP破坏提供了宝贵输入。