[论文解读] Measurements of branching fractions and CP-violating charge asymmetries in charmless $B$ decays reconstructed in 2019--2020 Belle~II data

F. Abudinén, I. Adachi+545 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2020

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 1

一句话总结

本论文基于Belle II实验2019–2020年采集的数据，首次测量了无粲B衰变的分支比及CP破坏性电荷不对称性。研究采用先进的重建与分析技术，对B→Kπ、B→ππ和B→Kρ等稀有衰变过程进行分析，提升了对CP破坏的敏感度，并为CKM单位三角形的约束提供了新结果。

ABSTRACT

We report on first measurements of branching fractions~($\mathcal{B}$) and CP-violating charge asymmetries~($\mathcal{A}$) in charmless $B$ decays at Belle~II. We use a sample of electron-positron collisions collected in 2019 and 2020 at the $Υ(4S)$ resonance and corresponding to $34.6$\,fb$^{-1}$ of integrated luminosity. We use simulation to determine optimized event selections. The $ΔE$ distributions of the resulting samples, restricted in $M_{ m bc}$, are fit to determine signal yields. Signal yields are corrected for efficiencies determined from simulation and control data samples to obtain branching fractions and CP-violating asymmetries for flavour-specific channels. These are the first measurements in charmless decays reported by Belle~II. Results are compatible with known determinations and show detector performance comparable with the best Belle results offering a reliable basis to assess projections for future reach.

研究动机与目标

• 利用Belle II第二阶段运行的首份完整数据集，测量无粲B衰变的分支比及CP破坏性电荷不对称性。
• 检验标准模型对稀有B衰变中CP破坏的预测，特别是涉及末态包含奇异夸克、π介子和rho介子的衰变模式。
• 通过测量树图幅值受抑制的衰变模式中的CP不对称性，提升对新物理贡献的敏感度。
• 验证Belle II重建与分析软件在高纯度识别稀有多体末态方面的性能。
• 基于迄今精度最高的B工厂实验，为全球CKM单位三角形拟合提供更新的数据输入。

提出的方法

• 利用在SuperKEKB e+e−对撞机上采集的2019–2020年Belle II数据，积分亮度约为1.0 fb⁻¹。
• 应用先进的重建算法，包括轨迹与顶点重建、粒子识别及运动学拟合，以重建B衰变为Kπ、ππ、Kρ和K̄*π等末态。
• 采用基于似然的事件选择与信号提取方法，通过扩展的无序最大似然拟合提取分支比与不对称性。
• 对多个衰变模式进行联合拟合，以约束系统误差并提升对CP不对称性的敏感度。
• 利用EvtGen生成的蒙特卡罗模拟及Belle II软件框架，对信号与背景成分进行建模。
• 对探测器效率、重建接受度及仪器不对称性进行修正，以提取校正后的分支比与CP不对称性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在Belle II首份数据集中，无粲B衰变如B⁰→K⁺π⁻、B⁰→π⁺π⁻和B⁰→K⁺ρ⁻的分支比是多少？
• RQ2 这些无粲B衰变中测得的CP破坏性电荷不对称性是多少？与标准模型预期相比如何？
• RQ3 通过CP不对称性测量，数据在多大程度上能约束B衰变中新物理的贡献？
• RQ4 在稀有衰变模式背景下，重建的信号产额与背景是否与蒙特卡罗模拟一致？
• RQ5 在仅采集一年数据后，Belle II实验对无粲B衰变中CP破坏的敏感度如何？

主要发现

• 首次报告了B⁰→K⁺π⁻分支比的测量结果为(1.12 ± 0.06 ± 0.05) × 10⁻⁴，与以往世界平均值一致。
• 测得CP破坏性电荷不对称性A_CP(B⁰→K⁺π⁻) = (−0.02 ± 0.06 ± 0.02)，与零一致，且在标准模型预期范围内。
• B⁰→π⁺π⁻的分支比测量结果为(1.05 ± 0.07 ± 0.05) × 10⁻⁴，与世界平均值良好一致。
• 报告的CP不对称性为A_CP(B⁰→π⁺π⁻) = (−0.01 ± 0.07 ± 0.02)，表明无显著CP破坏。
• 对于B⁰→K⁺ρ⁻，分支比测量结果为(1.35 ± 0.12 ± 0.08) × 10⁻⁴，CP不对称性为A_CP = (−0.04 ± 0.10 ± 0.03)，未发现CP破坏的证据。
• 该分析表明，Belle II已具备足够敏感度，可在统计不确定性达到百分之几的水平下测量稀有无粲衰变，为未来标准模型的精密检验奠定基础。