[论文解读] Observation of ${{\varLambda } ^0_{b}} \! ightarrow {{\varLambda } ^+_{c}} {\hspace{1.79993pt}\overline{\hspace{-1.79993pt}D}} {}^{(*)0}{{K} ^-} $ and ${{\varLambda } ^0_{b}} \! ightarrow {{\varLambda } ^+_{c}} {{D} ^{*-}_{s}} $ decays

LHCb Collaboration, A. S. W. Abdelmotteleb+1101 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 68被引用 1

一句话总结

本论文利用LHCb探测器在√s = 13 TeV下采集的5.4 fb⁻¹质子-质子碰撞数据，首次观测到Λ⁰_b → Λ⁺_c D(∗)⁰K⁻和Λ⁰_b → Λ⁺_c D∗⁻_s衰变。相对于Λ⁰_b → Λ⁺_c D⁻_s衰变模式，测得的分支分数比值分别为：D⁰K⁻通道为0.1908 ± 0.0036（统计）± 0.0016（系统），D∗⁰K⁻通道为0.589 ± 0.018（统计）± 0.017（系统），D∗⁻_s通道为1.668 ± 0.022（统计）± 0.061（系统），为五价子共振态的搜索提供了关键归一化，并用于检验强子分子衰变中重夸克有效理论（HQET）的因子化假设。

ABSTRACT

The decays $Λ_b^0 o Λ_c^+\bar{D}^{(*)0}K^-$ and $Λ_b^0 o Λ_c^+ D_s^{*-}$ are observed for the first time, in proton-proton collision data at $\sqrt{s}=13$TeV corresponding to an integrated luminosity of 5.4 fb${}^{-1}$ collected with the LHCb detector. Their ratios of branching fractions with respect to the $Λ_b^0\! oΛ_c^+\mathrm{D}_s^-$ mode are measured to be \begin{align*} \begin{split} \frac{\mathcal{B}(Λ_b^0 o Λ_c^+\bar{D}^0 K^-)}{\mathcal{B}(Λ_b^0 o Λ_c^+ D_s^-)} & = 0.1908 {}_{-0.0034}^{+0.0036} {}_{-0.0018}^{+0.0016} \pm 0.0038 \frac{\mathcal{B}(Λ_b^0 o Λ_c^+\bar{D}^{*0} K^-)}{\mathcal{B}(Λ_b^0 o Λ_c^+ D_s^-)} & = 0.589 {}_{-0.017}^{+0.018} {}_{-0.018}^{+0.017} \pm 0.012 \frac{\mathcal{B}(Λ_b^0 o Λ_c^+ D_s^{*-})}{\mathcal{B}(Λ_b^0 o Λ_c^+ D_s^-)} & = 1.668 \pm 0.022 {}_{-0.055}^{+0.061}\ , \end{split} \end{align*} where the first uncertainties are statistical, the second systematic, and the third, for the $Λ_b^0 o Λ_c^+ \bar{D}^{(*)0} K^-$ decays, are due to the uncertainties on the branching fractions of the $D_s^- o K^- K^+ π^-$ and $\bar{D}^0 o K^+π^-$ decay modes. The measured branching fractions probe factorization assumptions in effective theories and provide the normalization for future pentaquark searches in $Λ_b^0 o Λ_c^+ \bar{D}^{(*)0}K^-$ decay channels.

研究动机与目标

• 测量Λ⁰_b → Λ⁺_c D(∗)⁰K⁻和Λ⁰_b → Λ⁺_c D∗⁻_s衰变模式相对于已精确测量的Λ⁰_b → Λ⁺_c D⁻_s模式的分支分数。
• 检验包含两个粲夸克的强子B衰变中重夸克有效理论（HQET）的因子化假设。
• 为未来在Λ⁺_c D(∗)⁰末态中搜索P⁺_c五价子共振态提供归一化基准。
• 通过双比值比较，评估Λ⁰_b → Λ⁺_c D(∗)⁰K⁻衰变中色抑制振幅的作用。

提出的方法

• 通过共同末态pK⁻K⁻K⁺π⁺π⁻重建Λ⁰_b → Λ⁺_c D(∗)⁰K⁻和Λ⁰_b → Λ⁺_c D∗⁻_s衰变，实现高效归一化并抵消探测器相关系统误差。
• 采用部分重建方法，通过缺失质量或不变质量峰间接推断D∗⁰和D∗⁻_s的衰变，无需完全重建D∗衰变产物。
• 对末态粒子的不变质量分布进行联合无采样扩展最大似然拟合，以提取信号产额。
• 利用蒙特卡洛模拟事件校正探测器效率和重建接受度，系统不确定性通过专用控制样本和参数变化进行评估。
• 利用PDG给出的D⁰ → K⁺π⁻和D⁻_s → K⁻K⁺π⁻分支分数，提取绝对分支分数比值。
• 计算双比值DR(∗)(Mb)，用于比较强子衰变与介子衰变，探究色抑制振幅的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 Λ⁰_b → Λ⁺_c D(∗)⁰K⁻和Λ⁰_b → Λ⁺_c D∗⁻_s衰变相对于Λ⁰_b → Λ⁺_c D⁻_s的分支分数比值是多少？
• RQ2 Λ⁰_b → Λ⁺_c D(∗)⁰K⁻衰变中，色抑制振幅的偏离程度在HQET因子化框架下有多大？
• RQ3 测得的分支分数与双开粲衰变的理论预测相比如何？
• RQ4 测得的比值能否约束Λ⁺_c D(∗)⁰末态中P⁺_c五价子共振态的产生机制与分支分数？
• RQ5 双比值DR(∗)(Mb)在检验强子衰变与介子衰变中因子化普遍性方面具有何种意义？

主要发现

• 测得分支分数比值B(Λ⁰_b → Λ⁺_c D⁰K⁻)/B(Λ⁰_b → Λ⁺_c D⁻_s)为0.1908 ± 0.0036（统计）± 0.0016（系统）± 0.0038（D分支分数不确定性）
• 测得比值B(Λ⁰_b → Λ⁺_c D∗⁰K⁻)/B(Λ⁰_b → Λ⁺_c D⁻_s)为0.589 ± 0.018（统计）± 0.017（系统）± 0.012（系统），表明D∗⁰模式有显著贡献
• 测得比值B(Λ⁰_b → Λ⁺_c D∗⁻_s)/B(Λ⁰_b → Λ⁺_c D⁻_s)为1.668 ± 0.022（统计）± 0.061（系统），与多个理论预测一致
• 双比值DR(B⁰)测得为1.29 ± 0.20，表明强子衰变中色抑制振幅有不可忽略的贡献，但尚不足以否定因子化假设
• 测得比值B(Λ⁰_b → J/ψpK⁻)/B(Λ⁰_b → Λ⁺_c D⁰K⁻)为0.152 ± 0.032（统计）± 0.028（系统），对估计P⁺_c五价子共振态信号灵敏度至关重要
• 测得比值B(Λ⁰_b → J/ψpK⁻)/B(Λ⁰_b → Λ⁺_c D∗⁰K⁻)为0.049 ± 0.011（统计）± 0.009（系统），为未来五价子共振态拟合分数计算提供依据