[论文解读] Observation of B+->Lambda_c+Lambda_c-K+ and B0->Lambda_c+Lambda_c^-K0 decays

The Belle Collaboration, N. Gabyshev|PubMed|Aug 6, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

该论文报告了在日本高能加速器研究中心（KEK）的Belle实验中首次观测到双粲重子B衰变 $B^+ \to \Lambda_c^+ \Lambda_c^- K^+$ 和 $B^0 \to \Lambda_c^+ \Lambda_c^- K^0$。测得的分支比分别为 $(6.5^{+1.0}_{-0.9}\pm1.1\pm3.4)\times10^{-4}$ 和 $(7.9^{+2.9}_{-2.3}\pm1.2\pm4.1)\times10^{-4}$，统计显著性分别为15.4σ和6.6σ，表明信号显著超出本底。

ABSTRACT

We report the first measurements of the doubly charmed baryonic B decays B --> Lambda c+ Lambda c- K. The B+ --> Lambda c+ Lambda c- K+ decay is observed with a branching fraction of (6.5(-0.9)(+1.0)+/-1.1+/-3.4)x10(-4) and a statistical significance of 15.4sigma. The B0 --> Lambda c+ Lambda c- K0 decay is observed with a branching fraction of (7.9(-2.3)(+2.9)+/-1.2+/-4.1)x10(-4) and a statistical significance of 6.6sigma. The branching fraction errors are statistical, systematic, and the error resulting from the uncertainty of the Lambda c+ --> pK- pi+ decay branching fraction. The analysis is based on 357 fb(-1) of data accumulated at the Upsilon(4S) resonance with the Belle detector at the KEKB asymmetric-energy e+ e- collider.

研究动机与目标

• 观测并测量涉及 $\Lambda_c^+$ 和 $\Lambda_c^-$ 重子的双粲重子B衰变的分支比。
• 研究B介子衰变中 $b \to c\bar{c}s$ 夸克跃迁的动力学行为。
• 将三体双粲衰变的分支比与两体对应衰变的分支比进行比较。
• 评估相空间效应与色抑制在这些稀有衰变中的作用。

提出的方法

• 利用KEK的Belle实验获得的 $e^+e^-$ 碰撞数据，重建 $B^+ \to \Lambda_c^+ \Lambda_c^- K^+$ 和 $B^0 \to \Lambda_c^+ \Lambda_c^- K^0$ 衰变。
• 通过 $M_{\text{bc}}$ 和 $\Delta M_B$ 的运动学约束识别B候选事例。
• 使用高斯信号形状和线性背景对 $M(\Lambda_c^+)$ 和 $M(\Lambda_c^-)$ 质量分布进行联合拟合。
• 利用蒙特卡罗模拟固定信号均值和宽度参数，并估算本底贡献。
• 通过侧带区域评估其他可能模仿信号的B衰变的贡献。
• 采用盲分析方法以确保统计完整性并减少信号提取过程中的偏差。

实验结果

研究问题

• RQ1 该 $B^+ \to \Lambda_c^+ \Lambda_c^- K^+$ 衰变的分支比是多少？是否与理论预期一致？
• RQ2 该三体双粲衰变的分支比与两体 $B^+ \to \bar{\Xi}_c^0 \Lambda_c^+$ 衰变相比如何？
• RQ3 是否存在其他B衰变对 $\Lambda_c^+ \Lambda_c^-$ 质量分布有显著贡献，可能模仿信号？
• RQ4 为何观测到的分支比远大于色抑制型 $B \to \Lambda_c^+ \Lambda_c^- K$ 衰变的朴素估计值？
• RQ5 该 $\Lambda_c^+ \Lambda_c^-$ 不变质量分布的相空间行为揭示了哪些关于衰变动力学的信息？

主要发现

• 观测到 $B^+ \to \Lambda_c^+ \Lambda_c^- K^+$ 衰变，统计显著性达15.4σ，确认为高度显著的信号。
• 测得 $B^+ \to \Lambda_c^+ \Lambda_c^- K^+$ 的分支比为 $(6.5^{+1.0}_{-0.9}\pm1.1\pm3.4)\times10^{-4}$，包含统计与系统误差。
• 观测到 $B^0 \to \Lambda_c^+ \Lambda_c^- K^0$ 衰变，显著性为6.6σ，表明为稳健但显著性较低的信号。
• 测得 $B^0 \to \Lambda_c^+ \Lambda_c^- K^0$ 的分支比为 $(7.9^{+2.9}_{-2.3}\pm1.2\pm4.1)\times10^{-4}$，在误差范围内与 $B^+$ 模式一致。
• 其他B衰变的本底贡献可忽略不计，$B^+$ 通道在90%置信水平下本底事件少于1.7个，$B^0$ 通道少于0.2个，支持其可被排除。
• 观测到的分支比与两体 $B^+ \to \bar{\Xi}_c^0 \Lambda_c^+$ 衰变处于同一数量级，表明其 $b \to c\bar{c}s$ 跃迁动力学行为相似。