[论文解读] Measurement of the CKM angle $\gamma $ in the ${{{B} ^0} ightarrow {D} {{K} ^{*0}}}$ channel using self-conjugate ${D} ightarrow {{K} ^0_{ extrm{S}}} h^+ h^-$ decays

R. Aaij, Ahmed Sameh Wagih Abdelmotteleb+1088 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 38被引用 1

一句话总结

该论文通过B⁰ → D K*⁰衰变，以模型无关的方式测量了CKM角γ，其中D衰变为K₀ˢ h⁺h⁻（h = π, K）末态。通过分析相空间分布并利用CLEO和BESIII提供的强相位输入，得到γ = (49⁺²²₋₁₉)°，相比以往LHCb结果，对CP破坏可观测量的精度有所提升。

ABSTRACT

A model-independent study of CP violation in $B^0 o DK^{*0}$ decays is presented using data corresponding to an integrated luminosity of 9fb$^{-1}$ collected by the LHCb experiment at centre-of-mass energies of $\sqrt{s}=7, \, 8$ and $13$TeV. The CKM angle $γ$ is determined by examining the distributions of signal decays in phase-space bins of the self-conjugate $D o K_S^0 h^+ h^-$ decays, where $h = π, K$. Observables related to CP violation are measured and the angle $γ$ is determined to be $γ=(49^{+ 22}_{-19})^\circ$. Measurements of the amplitude ratio and strong-phase difference between the favoured and suppressed $B^0$ decays are also presented.

研究动机与目标

• 通过B⁰ → D K*⁰衰变，实现对CKM角γ的模型无关测定。
• 通过避免使用D衰变幅度模型，改用外部强相位输入，以减小系统误差。
• 相比以往LHCb测量结果，提高B⁰ → D K*⁰通道中CP破坏可观测量的精度。
• 为全球CKM单位三角形拟合提供稳健且高精度的输入。

提出的方法

• 利用LHCb实验在√s = 7, 8 和 13 TeV下收集的9 fb⁻¹质子-质子碰撞数据。
• 分析B⁰ → D K*⁰衰变，其中D介子衰变为自 conjugate 末态D → K₀ˢ h⁺h⁻（h = π, K），从而可在无需时间依赖分析的情况下进行相空间分箱。
• 在Dalitz图相空间分箱中采用分箱幅度分析，以提取与CP破坏相关的可观测量。
• 使用来自CLEO和BESIII实验的强相位参数（cᵢ, sᵢ）作为外部输入，避免依赖模型假设。
• 同时测量幅度比rB⁰和强相位差δB⁰，以及γ，其中κ = 0.958⁺⁰.⁰⁰⁵₋₀.⁰⁴⁶作为来自先前LHCb幅度分析的直接输入。
• 采用改进的分箱方案（例如，D→K₀ˢπ⁺π⁻使用N=8的2分箱方案，D→K₀ˢK⁺K⁻使用N=2的分箱方案）和效率校正策略，以提升精度。

实验结果

研究问题

• RQ1 在B⁰ → D K*⁰衰变道中，CKM角γ的模型无关测量值是多少？
• RQ2 与以往LHCb测量结果相比，B⁰ → D K*⁰中的CP破坏可观测量（rB⁰, δB⁰, γ）有何差异？
• RQ3 使用来自CLEO和BESIII的更新强相位输入，对γ测量的精度和鲁棒性提升程度如何？
• RQ4 系统误差（特别是强相位输入相关的误差）对最终γ确定的影响有多大？

主要发现

• CKM角γ的测量结果为(49⁺²²₋₁₉)°，统计不确定性占主导，系统贡献小一个数量级。
• 该结果与先前LHCb结果γ = (71 ± 20)°一致，但未实现显著改进，原因在于本分析中rB⁰的中心值较低。
• 与早期研究相比，幅度比rB⁰和强相位差δB⁰的测量精度显著提高。
• 本研究报告的CP破坏可观测量与参考文献[11]的结果一致，且更具优势，因此更适合未来全球γ组合分析。
• 强相位相关的系统误差通过使用来自CLEO和BESIII的模糊化输入进行了仔细建模，并提供了相关性矩阵，可用于全球拟合。
• 本B⁰ → D K*⁰分析与先前B± → Dh±分析之间可观测量的相关性结构已在表5中量化并提供，有助于全球拟合中的误差传播。