[论文解读] Measurements of Branching Fractions and Direct CP Asymmetries in pi^+ pi^0, K^+ pi^0 and K^0 pi^0 B Decays

B. Aubert|ArXiv.org|Jul 24, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本文利用在PEP-II上由BaBar实验收集的8800万对B B̄粒子，对B⁺→π⁺π⁰、B⁺→K⁺π⁰和B⁰→K⁰π⁰衰变的分支比和直接CP破坏 asymmetries 进行了初步测量。主要结果为未观测到显著的直接CP破坏，其不对称性在不确定度范围内与零一致：A_π⁺π⁰ = −0.03⁺⁰.¹⁸₋₀.¹⁷ ± 0.02，A_K⁺π⁰ = −0.09 ± 0.09 ± 0.01，A_K⁰π⁰ = 0.03 ± 0.36 ± 0.09。

ABSTRACT

We present preliminary results of the analyses of B^+ --> h^+ pi^0 (with h^+ = pi^+, K^+) and B^0 --> K^0 pi^0 decays from a sample of approximately 88 million B bar{B} pairs collected by the BABAR detector at the PEP-II asymmetric-energy B Factory at SLAC. We measure the pi^+ pi^0 branching fraction and we obtain B(B^+ --> pi^+ pi^0) = (5.5^{+1.0}_{-0.9} +/- 0.6) times 10^{-6} with a significance of 7.7 sigma including systematic uncertainties. We measure the K^+ pi^0 and K^0 pi^0 branching fractions to be B(B^+ --> K^+ pi^0) = (12.8^{+1.2}_{-1.1} +/- 1.0) times 10^{-6} and B(B^0 --> K^0 pi^0) = (10.4 +/- 1.5 +/- 0.8) times 10^{-6}. At the same time, the direct CP-violating asymmetries are investigated and we find A_{pi^+ pi^0} = -0.03_{-0.17}^{+0.18} +/- 0.02, A_{K^+ pi^0} = -0.09 +/- 0.09 +/- 0.01 and A_{K^0 pi^0} = 0.03 +/- 0.36 +/- 0.09, where the errors are statistical and systematic, respectively.

研究动机与目标

• 利用大量B B̄对样本，高精度测量B⁺→π⁺π⁰、B⁺→K⁺π⁰和B⁰→K⁰π⁰衰变的分支比。
• 研究这些衰变模式中的直接CP破坏，这些模式对CKM角α和新物理贡献敏感。
• 通过改进的分析技术与更大的统计量，降低系统不确定度，超越以往测量。
• 检验标准模型对B介子衰变中CP破坏的预测，特别是对胶子主导和树图主导模式的预测。
• 为CKM单位三角形的确定和CKM角α的提取提供更新的输入。

提出的方法

• 分析使用了在PEP-II非对称能量B工厂上由BaBar探测器获取的数据，对应约8800万对B B̄粒子。
• 通过运动学和拓扑变量（包括不变质量、能量差ΔE和Fisher判别统计量）重建信号衰变，以区分信号与背景。
• 通过扩展的无采样最大似然拟合方法提取分支比，对探测器效率和重建效应进行修正。
• 对于B⁰→K⁰π⁰衰变，应用校正因子(1 + x_d²)以考虑B⁰–B̄⁰混合，将测得的不对称性转换为直接CP破坏不对称性A_CP。
• 通过PDF形状变化、触发效率与误tag率变化，以及蒙特卡罗模拟评估残余无粲背景的影响，评估系统不确定度。
• CP破坏不对称性定义为：对于B⁰→K⁰π⁰，A_i = A_m^i · (1 + x_d²)；对于带电衰变模式，A_i = A_m^i，其中x_d = Δm_d/Γ = 0.755 ± 0.015。

实验结果

研究问题

• RQ1 B⁺→π⁺π⁰衰变的分支比是多少？其测量精度如何？
• RQ2 在B⁺→K⁺π⁰和B⁰→K⁰π⁰衰变模式中，是否存在直接CP破坏的证据？
• RQ3 测量得到的分支比与CP破坏不对称性与标准模型预测相比如何？
• RQ4 分支比与CP破坏不对称性测量中的主要系统不确定度来源是什么？
• RQ5 结果是否对CKM角α形成约束，或表明超出标准模型的新物理？

主要发现

• B⁺→π⁺π⁰的分支比测量结果为(5.5⁺¹.⁰₋₀.⁹ ± 0.6) × 10⁻⁶，显著性为7.7σ（包含系统不确定度）。
• B⁺→K⁺π⁰的分支比为(12.8⁺¹.²₋₁.¹ ± 1.0) × 10⁻⁶，B⁰→K⁰π⁰的分支比为(10.4 ± 1.5 ± 0.8) × 10⁻⁶。
• π⁺π⁰模式中的直接CP破坏不对称性为A_π⁺π⁰ = −0.03⁺⁰.¹⁸₋₀.¹⁷ ± 0.02，在90%置信区间[−0.32, 0.27]内与零一致。
• 对于K⁺π⁰模式，不对称性为A_K⁺π⁰ = −0.09 ± 0.09 ± 0.01，90%置信区间为[−0.24, 0.06]，表明无显著CP破坏。
• K⁰π⁰模式的测量结果为A_K⁰π⁰ = 0.03 ± 0.36 ± 0.09，90%置信区间为[−0.58, 0.64]，同样与零一致。
• 系统不确定度主要来源于PDF形状变化以及K⁰π⁰通道中的触发效率与误tag率，残余无粲背景的贡献可忽略。