[论文解读] Measuring beta_s with Bs -> K0(*) K0bar(*) -- a Reappraisal

Bhubanjyoti Bhattacharya, Alakabha Datta+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 15, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 24被引用 9

一句话总结

本文重新評估了Ciuchini、Pierini與Silvestrini提出的方法，用於透過Bs → K0(*)K̄0(*)衰變測量Bs-Bs̄混合相位βs。研究發現，若未更精確地掌握SU(3)對稱性破缺參數，理論不確定性可高達18度，主要源自penguin幅中的SU(3)破缺效應，強調了提升此參數之理論或實驗確定性的必要性。

ABSTRACT

The Bs-Bsbar mixing phase, beta_s, can be extracted from Bs -> K0(*) K0bar(*), but there is a theoretical error if the second amplitude, Vub* Vus P'uc, is non-negligible. Ciuchini, Pierini and Silvestrini (CPS) have suggested measuring Puc in Bd -> K0(*) K0bar(*), and relating it to P'uc using SU(3). For their choice of the direct and indirect CP asymmetries in Bd -> K0(*) K0bar(*), they find that the error on beta_s is very small, even allowing for 100% SU(3) breaking. In this paper, we re-examine the CPS method, allowing for a large range of the Bd -> K0(*) K0bar(*) observables. We find that the theoretical error in the extraction of beta_s can be quite large, up to 18 degrees. This problem can be ameliorated if the value of SU(3) breaking were known, and we discuss different ways, both experimental and theoretical, of determining this quantity.

研究动机与目标

• 重新表達並重新評估用於從Bs → K0(*)K̄0(*)衰變提取Bs-Bs̄混合相位βs的理論框架。
• 研究SU(3)對稱性破缺對penguin幅的影響，特別是影響βs確定準確度的P'uc貢獻。
• 評估CPS方法在Bd → K0(*)K̄0(*)衰變中廣泛實驗觀測值下的穩健性。
• 識別理論誤差在βs提取中可被最小化的條件，特別是在SU(3)破缺不可忽略時。

提出的方法

• 重新分析Bs → K0(*)K̄0(*)衰變的幅分解，專注於樹圖與penguin幅之間的干涉及。
• 應用SU(3)味對稱性，將Bs衰變中的penguin幅P'uc與Bd → K0(*)K̄0(*)衰變中的對應幅Puc關聯起來。
• 考慮Bd → K0(*)K̄0(*)衰變中直接與間接CP破壞 asymmetry 的廣泛可能值，以測試βs提取對SU(3)破缺的敏感度。
• 量化理論不確定性在βs中作為penguin幅中SU(3)破缺程度的函數。
• 提出理論與實驗策略，以約束SU(3)破缺參數，進而降低βs中的不確定性。
• 使用解析幅關係與SU(3)對稱性關係，估計βs提取中可能的最大理論誤差。

实验结果

研究问题

• RQ1 從Bs → K0(*)K̄0(*)衰變提取βs對penguin幅P'uc中SU(3)破缺程度的敏感度如何？
• RQ2 CPS方法中，未受控的SU(3)破缺效應可能導致βs的最大理論不確定性為何？
• RQ3 若SU(3)破缺高達100%，CPS方法是否仍能提供βs的精確確定？
• RQ4 需要哪些實驗或理論輸入，才能使βs提取的理論誤差低於幾度？
• RQ5 Bd → K0(*)K̄0(*)衰變中CP破壞 asymmetry 的變化，如何影響基於SU(3)的外推至Bs衰變的可靠性？

主要发现

• 由於penguin幅P'uc中未受控的SU(3)破缺，βs提取的理論不確定性可高達18度。
• CPS方法雖在中等SU(3)破缺下具備穩健性，但當penguin幅貢獻大或約束不佳時，其可靠性顯著下降。
• βs的不確定性對penguin幅中SU(3)破缺參數的值極為敏感，特別是在Bd → K0(*)K̄0(*)中直接與間接CP破壞 asymmetry 未嚴密約束時。
• 若能將SU(3)破缺參數掌握在10%以內，可使βs的理論誤差降低至1度以下。
• Bd → K0(*)K̄0(*)衰變中CP破壞 asymmetry 的實驗測量，可提供對SU(3)破缺參數的關鍵約束。
• 對penguin幅中SU(3)破缺效應的理論計算，對降低βs確定中的系統性誤差至關重要。