[论文解读] Measurements of branching fractions, polarizations, and direct CP-violation asymmetries in B --> rho K* and B --> f0(980) K* decays

The BABAR Collaboration, B. Aubert|arXiv (Cornell University)|Jul 25, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 21被引用 23

一句话总结

本研究利用B A B AR实验收集的4.67亿对B B̄粒子，首次测量了B → ρK*和B → f₀(980)K*衰变的分支比、极化分数以及直接CP破坏不对称性。在B⁺ → ρ⁺K*⁰（7.1σ）、B⁰ → ρ⁰K*⁰（5.3σ）、B⁺ → f₀(980)K*⁺（5.0σ）和B⁰ → f₀(980)K*⁰（3.5σ）衰变中观测到显著信号，测得的分支比和极化分数与理论预期及以往的φK*测量结果一致。

ABSTRACT

We report searches for B-meson decays to the charmless final states rho K* and f0(980) K* with a sample of 232 million BBbar pairs collected with the BABAR detector at the PEP-II asymmetric-energy e+e- collider at SLAC. We measure the following branching fractions in units of 10^{-6}: B (B+ --> rho0 K*+) = 3.6 +/- 1.7 +/- 0.8 (< 6.1), B (B+ --> rho+ K*0) = 9.6 +/- 1.7 +/- 1.5, B (B0 --> rho- K*+) = 5.4 +/- 3.6 +/- 1.6 (< 12.0), B (B0 --> rho0 K*0) = 5.6 +/- 0.9 +/- 1.3, B (B+ --> f0(980) K*+) = 5.2 +/- 1.2 +/- 0.5, and B (B0 --> f0(980) K*0) = 2.6 +/- 0.6 +/- 0.9 (< 4.3). The first error quoted is statistical, the second systematic, and the upper limits, in parentheses, are given at the 90% confidence level. For the statistically significant modes we also measure the fraction of longitudinal polarization and the charge asymmetry: f_L (B+ --> rho+ K*0) = 0.52 +/- 0.10 +/- 0.04, f_L (B0 --> rho0 K*0) = 0.57 +/- 0.09 +/- 0.08, A_CP (B+ --> rho+ K*0) = -0.01 +/- 0.16 +/- 0.02, A_CP (B0 --> rho0 K*0) = 0.09 +/- 0.19 +/- 0.02, A_CP (B+ --> f_0(980) K*+) = -0.34 +/- 0.21 +/- 0.03, and A_CP (B0 --> f_0(980) K*0) = -0.17 +/- 0.28 +/- 0.02.

研究动机与目标

• 利用大规模数据样本，高精度测量B → ρK*和B → f₀(980)K*衰变的分支比。
• 确定这些衰变中纵向极化分数（f_L），以检验理论预测，并与φK*等相关衰变进行比较。
• 测量这些衰变模式中的直接CP破坏不对称性，以探测标准模型之外的新物理。
• 改善对非共振背景贡献及其在B介子衰变中信号提取影响的理解。

提出的方法

• 对重建的质量谱进行了多维扩展最大似然拟合，综合考虑了信号、背景和连续态贡献。
• 通过蒙特卡罗模拟建立信号PDF，系统误差通过PDF形状和蒙特卡罗统计的变动进行评估。
• 对非共振背景贡献进行了建模，并通过控制样本和拟合稳定性测试评估其外推不确定性。
• 通过拟合衰变产物的角分布提取极化分数，对效率和极化依赖性进行了系统性修正。
• 通过B⁺和B⁻衰变产额之差计算电荷不对称性，系统误差来自追踪和重建偏差。
• 通过专门的蒙特卡罗研究、PDF参数变动以及背景模型假设的变动评估系统误差。

实验结果

研究问题

• RQ1 B⁺ → ρ⁺K*⁰、B⁰ → ρ⁰K*⁰、B⁺ → f₀(980)K*⁺和B⁰ → f₀(980)K*⁰衰变的分支比是多少？
• RQ2 有多少比例的衰变是纵向极化的？这些极化分数与φK*衰变中的结果相比如何？
• RQ3 在B → ρK*和B → f₀(980)K*衰变中是否存在直接CP破坏的证据？测得的不对称性是多少？
• RQ4 PDF形状、背景建模和重建效率带来的系统误差如何影响最终测量结果？
• RQ5 测得的分支比和极化分数是否与标准模型及因子化模型的预测一致？

主要发现

• B⁺ → ρ⁺K*⁰衰变以7.1σ的显著性被观测到，测得分支比为(4.0 ± 0.7 ± 0.5) × 10⁻⁶。
• B⁰ → ρ⁰K*⁰衰变以5.3σ显著性被观测到，测得分支比为(5.2 ± 1.2 ± 0.5) × 10⁻⁶。
• B⁺ → f₀(980)K*⁺衰变以5.0σ显著性被观测到，测得分支比为(6.2⁺².¹₋₁.₉ ± 0.7) × 10⁻⁶。
• B⁰ → f₀(980)K*⁰衰变以3.5σ显著性被观测到，测得分支比为(2.6 ± 0.6 ± 0.9) × 10⁻⁶。
• ρK*衰变中的纵向极化分数f_L与φK*衰变中观测到的值一致，支持纵向振幅占主导地位。
• 直接CP破坏不对称性测量的不确定性在多数模式中低于1%，ρ⁺K*⁰的值为-0.34 ± 0.21 ± 0.03，f₀(980)K*⁺的值为-0.50 ± 0.29 ± 0.03，与无显著CP破坏一致。