[论文解读] Measurements of Branching Fractions and CP-Violating Asymmetries in B-Meson Decays to the Charmless Two-Body States K0pi+, K0barK+, and K0K0bar

B. Aubert, Collaboration, BABAR|ArXiv.org|Aug 17, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 6

一句话总结

本文利用 B A B AR 实验获得的 2.27 亿个 $B\bar{B}$ 事例，对无粲两体 B 介子衰变至 $K^0\bar{K}^0$、$K^0\bar{K}^0$ 和 $K^0\bar{K}^0$ 最终态的分支比和 CP 破坏不对称性进行了初步测量。研究首次以 4.5σ 的显著性观测到 $B^0 \to K^0\bar{K}^0$ 衰变，同时获得了精确的分支比测量值和 CP 不对称性上限，结果与先前研究一致，但数据量提升了 2.6 倍，精度相应提高。

ABSTRACT

We present preliminary measurements of branching fractions and CP-violating asymmetries in decays of B mesons to two-body final states containing a K0. The results are based on a data sample of approximately 227 million Upsilon(4S) decays collected with the BABAR detector at the PEP-II asymmetric-energy B Factory at SLAC. We measure BF(B+ --> K0pi+) = (26.0 +/- 1.3 +/- 1.0) x 10-6, BF(B+ --> K0barK+) = (1.45 +0.53 -0.46 +/- 0.11) x 10-6 (< 2.35 x 10-6), and BF(B0 --> K0K0bar) = (1.19 +0.40 -0.35 +/- 0.13) x 10^-6, where the first uncertainty is statistical and the second is systematic, and the upper limit is at a 90% confidence level. The significance of the BF(B+ --> K0barK+) and BF(B0 --> K0K0bar) results are 3.5 sigma and 4.5 sigma, respectively, including systematic uncertainties. In addition, we obtain a measurement of the CP-violating asymmetry for the BF(B+ --> K0pi+) mode and we determine a 90% confidence-level interval for the asymmetry in the BF(B+ --> K0barK+) mode: ACP(B+ --> K0pi+) = -0.087 +/- 0.046 +/- 0.010 and ACP(B+ --> K0barK+) is in [-0.43, 0.68].

研究动机与目标

• 利用 B A B AR 实验获得的大数据样本，测量无粲两体 B 介子衰变至 $K^0\pi^+$、$\bar{K}^0K^+$ 和 $K^0\bar{K}^0$ 最终态的分支比。
• 通过测量 CP 破坏不对称性，搜索这些衰变中的直接 CP 破坏。
• 利用比以往研究大 2.6 倍的数据样本，提高分支比和 CP 不对称性测量的精度。
• 由于信号显著性较低，对 $B^+ \to \bar{K}^0K^+$ 衰变模式的分支比设定上限。
• 评估来自 PDF 参数化、追踪、$K^0_S$ 重建和探测器响应的系统不确定性，以确保结果的稳健性。

提出的方法

• 分析使用了 B A B AR 探测器在 PEP-II 非对称能量 B 介子工厂上收集的约 2.27 亿个 $B\bar{B}$ 事例。
• 通过使用 $m_{\text{ES}}$（能量减去质量）和 $\Delta E$（能量差）等运动学变量重建信号事例，信号与背景的 PDF 通过扩展无序最大似然拟合进行建模。
• 通过在 PDF 参数的 $1\sigma$ 不确定性范围内变动并测试替代参数化方法，评估系统不确定性，同时考虑追踪、$K^0_S$ 重建和探测器电荷偏差的影响。
• 信号显著性通过最佳拟合与零信号假设之间 $-2\ln\mathcal{L}$ 差值的平方根计算得出。
• 通过似然比推导分支比上限，利用似然函数积分在 90% 置信水平下确定上限。
• CP 不对称性从拟合中提取，不确定性通过 PDF 变化和探测器电荷偏差的平方和根法合并。

实验结果

研究问题

• RQ1 对于 $B^+ \to K^0\pi^+$ 衰变模式，其分支比是多少？是否存在直接 CP 破坏的证据？
• RQ2 对于 $B^0 \to K^0\bar{K}^0$ 衰变，其分支比是多少？这是该通道的首次观测吗？
• RQ3 对于 $B^+ \to \bar{K}^0K^+$ 衰变模式，其分支比的上限是多少？
• RQ4 来自 PDF 建模和探测器效应的系统不确定性如何影响分支比和不对称性测量的精度？
• RQ5 在使用更大数据样本的情况下，测量得到的分支比和 CP 不对称性是否与先前测量结果一致？

主要发现

• $B^+ \to K^0\pi^+$ 的分支比测量结果为 $(26.0 \pm 1.3 \pm 1.0) \times 10^{-6}$，包含统计和系统不确定性。
• $B^0 \to K^0\bar{K}^0$ 衰变首次被观测到，显著性为 $4.5\sigma$（包含系统不确定性），其分支比为 $(1.19^{+0.40}_{-0.35} \pm 0.13) \times 10^{-6}$。
• $B^+ \to \bar{K}^0K^+$ 衰变未被观测到；在 90% 置信水平下，其分支比上限为 $2.35 \times 10^{-6}$。
• $B^+ \to K^0\pi^+$ 的 CP 破坏不对称性测量结果为 ${\cal A}_{CP} = -0.087 \pm 0.046 \pm 0.010$，表明无显著的 CP 破坏。
• $B^+ \to \bar{K}^0K^+$ 的 CP 不对称性 90% 置信水平区间为 $[-0.43, 0.68]$，与无 CP 破坏一致。
• $B^+ \to \bar{K}^0K^+$ 信号的显著性为 $3.5\sigma$（包含系统不确定性），确认其具有意义但尚未达到显著性观测水平。