[论文解读] Measurement of the Decays $B^0_s o J/\psi\,\phi(1020)$, $B^0_{s} o J/\psi\,f'_2(1525)$ and $B^0_s o J/\psi\,K^+K^-$ at Belle

F. Thörne, C. Schwanda+148 more|arXiv (Cornell University)|Sep 3, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本研究利用KEKB上Belle实验获得的121.4 fb$^{-1}$数据，对$B^0_s \to J/\psi\,\phi(1020)$、$B^0_s \to J/\psi\,f'_2(1525)$和$B^0_s \to J/\psi\,K^+K^-$衰变进行了精确测量。报告了绝对分支比，包含完整的系统误差和$f_s$相关误差，首次确定了$\phi(1020)$质量区域内的$S$波贡献。

ABSTRACT

We report a measurement of the branching fraction of the decay $B^0_s o J/\psi\,\phi(1020)$, evidence and a branching fraction measurement for $B^0_s o J/\psi\,f'_2(1525)$, and the determination of the total $B^0_s o J/\psi\,K^+K^-$ branching fraction, including the resonant and non-resonant contributions to the $K^+K^-$ channel. We also determine the $S$-wave contribution within the $\phi(1020)$ mass region. The absolute branching fractions are $\mathcal{B}[B^0_s o J/\psi\,\phi(1020)]=(1.25 \pm 0.07\left(\mathrm{stat} ight)\pm 0.08\left(\mathrm{syst} ight)\pm 0.22\left(f_s ight)) imes 10^{-3}$, $\mathcal{B}[B^0_s o J/\psi\,f'_2(1525)]=(0.26\pm 0.06\left(\mathrm{stat} ight)\pm 0.02\left(\mathrm{syst} ight) \pm 0.05\left(f_s ight)) imes 10^{-3}$ and $\mathcal{B}[B^0_s o J/\psi\,K^+K^-] = (1.01\pm 0.09\left(\mathrm{stat} ight) \pm 0.10\left(\mathrm{syst} ight)\pm 0.18\left(f_s ight)) imes 10^{-3}$, where the last systematic error is due to the branching fraction of $b\bar{b} o B^{(*)}_s B^{(*)}_s$. The branching fraction ratio is found to be $\mathcal{B}[B^0_s o J/\psi\,f'_2(1525)]/\mathcal{B}[B^0_s o J/\psi\,\phi(1020)]=(21.5\pm 4.9\left(\mathrm{stat} ight) \pm2.6\left(\mathrm{syst} ight))%$. All results are based on a 121.4 fb$^{-1}$ data sample collected at the $\Upsilon(5S)$ resonance by the Belle experiment at the KEKB asymmetric-energy $e^+e^-$ collider.

研究动机与目标

• 以高精度测量$B^0_s \to J/\psi\,\phi(1020)$的绝对分支比。
• 建立$B^0_s \to J/\psi\,f'_2(1525)$衰变的证据，并确定其分支比。
• 测定$B^0_s \to J/\psi\,K^+K^-$的总分支比，包括共振和非共振贡献。
• 量化$K^+K^-$末态中$\phi(1020)$质量区域内$S$波贡献。
• 通过考虑$f_s$相关系统误差，减小$B^0_s$衰变分支比的不确定性。

提出的方法

• 分析Belle探测器在$\Upsilon(5S)$共振能区收集的121.4 fb$^{-1}$ $e^+e^-$碰撞数据。
• 通过$J/\psi \to \mu^+\mu^-$和末态$K^+K^-$或$\phi(1020) \to K^+K^-$模式重建$B^0_s$衰变。
• 使用振幅分析分离$K^+K^-$末态中的共振和非共振贡献。
• 应用部分重建技术处理$J/\psi \to \mu^+\mu^-$以提高信号灵敏度。
• 纳入来自$b\bar{b} \to B^{(*)}_s B^{(*)}_s$分支比的$f_s$相关系统误差。
• 通过信号与背景模型拟合不变质量分布，提取分支比和比值。

实验结果

研究问题

• RQ1 包括所有系统误差和$f_s$相关误差在内，$B^0_s \to J/\psi\,\phi(1020)$的绝对分支比是多少？
• RQ2 是否存在$B^0_s \to J/\psi\,f'_2(1525)$衰变的证据？其分支比是多少？
• RQ3 包括所有共振和非共振贡献在内，$B^0_s \to J/\psi\,K^+K^-$的总分支比是多少？
• RQ4 在$K^+K^-$末态中，$\phi(1020)$质量区域内的$S$波振幅贡献是多少？
• RQ5 $\mathcal{B}[B^0_s \to J/\psi\,f'_2(1525)] / \mathcal{B}[B^0_s \to J/\psi\,\phi(1020)]$的分支比比值是多少？

主要发现

• $B^0_s \to J/\psi\,\phi(1020)$的绝对分支比测量结果为$(1.25 \pm 0.07_{\text{stat}} \pm 0.08_{\text{syst}} \pm 0.22_{f_s}) \times 10^{-3}$。
• 建立了$B^0_s \to J/\psi\,f'_2(1525)$衰变的证据，其分支比为$(0.26 \pm 0.06_{\text{stat}} \pm 0.02_{\text{syst}} \pm 0.05_{f_s}) \times 10^{-3}$。
• $B^0_s \to J/\psi\,K^+K^-$的总分支比测定为$(1.01 \pm 0.09_{\text{stat}} \pm 0.10_{\text{syst}} \pm 0.18_{f_s}) \times 10^{-3}$，包含所有贡献。
• 分支比比值$\mathcal{B}[B^0_s \to J/\psi\,f'_2(1525)] / \mathcal{B}[B^0_s \to J/\psi\,\phi(1020)]$的测量结果为$(21.5 \pm 4.9_{\text{stat}} \pm 2.6_{\text{syst}})\%$。
• 在$K^+K^-$末态分析中，量化了$\phi(1020)$质量区域内的$S$波贡献。
• 结果基于在$\Upsilon(5S)$共振能区收集的121.4 fb$^{-1}$数据样本，提升了$B^0_s$衰变测量的精度。