[论文解读] Study of charmless B decays to three-kaon final states

The Belle Collaboration, K. Abe|ArXiv.org|Aug 19, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 3

一句话总结

本研究利用高能物理实验Belle在KEK采集的数据，测量了无粲B衰变至三夸克末态的衰变过程，采用同位旋对称性与波函数分解方法，提取了$K^+K^+K^-$和$K_S K^+ K^-$末态中CP偶分量的占比。关键结果为$\alpha^2 = 0.86 \pm 0.15 \pm 0.05$，表明三夸克末态中存在主导的CP偶分量，支持其在$b \to s$ penguin诱导的CP破坏测量中的应用潜力。

ABSTRACT

We report on a study of charmless B meson decays to three-kaon final states. The results are obtained with a 78.7 1/fb data sample collected on the Y(4S) resonance by the Belle detector operating at the KEKB asymmetric energy $e^+e^-$ collider. The branching fractions for B decays to three-body K+K+K-, K0K+K-, KsKsK+, and KsKsKs final states are presented. We also make a first attempt to perform an isospin analysis of the three-kaon final states.

研究动机与目标

• 测量无粲B衰变至三夸克末态（包括$K^+K^+K^-$、$K_S K^+ K^-$、$K_S K_S K^+$和$K_S K_S K_S$）的分支比。
• 通过同位旋对称性与波函数分解，确定$K^0\bar{K}^0$系统中具有偶数轨道角动量的态所占比例。
• 评估$K_S K^+ K^-$末态中的CP奇分量与CP偶分量，特别是通过去除$\phi$主导贡献后进行分析。
• 评估$K_S K^+ K^-$末态作为$b \to s$ penguin诱导CP破坏测量候选态的潜力。

提出的方法

• 利用同位旋对称性，将$B^+ \to K^+K^+K^-$与$B^0 \to K^0K^+K^-$衰变的分支比关联，以提取$\alpha^2$，即$K^0\bar{K}^0$系统中偶数轨道角动量态的占比。
• 应用波函数分解：$|K^+K^0\bar{K}^0\rangle = \alpha \frac{|K^+K_S K_S\rangle + |K^+K_L K_L\rangle}{\sqrt{2}} + \beta |K^+K_S K_L\rangle$，其中$\alpha^2 + \beta^2 = 1$，以建模$K^+K^0\bar{K}^0$末态。
• 通过观测事例数的比值并校正探测效率与寿命比，测量$\alpha^2$：$\alpha^2 = 2 \frac{N_{K^+K_S K_S}}{N_{K_S K^+ K^-}} \times \frac{\varepsilon_{K^0K^+K^-}}{\varepsilon_{K^+K_S K_S}} \times \frac{\tau_{B^0}}{\tau_{B^+}}$。
• 通过要求$|M(K^+K^-) - M_\phi| > 15$ MeV，去除$B^0 \to \phi K_S$事例，以隔离非$\phi$贡献。
• 通过替代公式$\alpha^2 = 2 \frac{{\cal{B}}(B^+ \to K^+K_S K_S)}{{\cal{B}}(B^+ \to K^+K^+K^-)}$，利用$B^+ \to K^+K_S K_S$与$B^+ \to K^+K^+K^-$末态交叉验证$\alpha^2$。
• 利用$K_S K^+ K^-$末态探测CP奇与CP偶分量，其中$\alpha^2$因轨道角动量的$(-1)^l$依赖关系而代表CP偶分量。

实验结果

研究问题

• RQ1 在$K^+K^0\bar{K}^0$末态中，具有偶数轨道角动量的态所占比例（以$\alpha^2$表征）是多少？
• RQ2 在去除$\phi$主导贡献后，$K_S K^+ K^-$末态中CP奇与CP偶分量的比较如何？
• RQ3 $K_S K^+ K^-$末态能否作为测量$b \to s$ penguin跃迁中CP破坏的可行候选？
• RQ4 基于$B^0$与$B^+$衰变的两种同位旋方法提取$\alpha^2$的结果是否一致？
• RQ5 所观测到的$\alpha^2$值在约束无粲三体B衰变动力学方面具有何种意义？

主要发现

• 从$B^0 \to K^0K^+K^-$与$B^+ \to K^+K_S K_S$提取的$\alpha^2$值为$0.86 \pm 0.15 \pm 0.05$，表明$K^0\bar{K}^0$系统中偶数轨道角动量态占主导。
• 去除$\phi$主导事例后，校正后的$\alpha_{\text{non }\phi}^2 = 1.04 \pm 0.19 \pm 0.06$与$\alpha^2 = 0.86 \pm 0.15 \pm 0.05$一致，支持CP偶分量的主导性。
• 利用$B^+ \to K^+K_S K_S$与$B^+ \to K^+K^+K^-$末态得到$\alpha^2 = 0.82 \pm 0.12 \pm 0.06$，且$\alpha_{\text{non }\phi}^2 = 0.97 \pm 0.15 \pm 0.07$，表明两种独立方法结果高度一致。
• 两种同位旋方法结果的一致性为非$\phi$ $K_S K^+ K^-$末态中CP偶分量的主导性提供了有力证据。
• $K_S K^+ K^-$末态被确定为未来$b \to s$ penguin诱导CP破坏测量的有前途候选，其统计量潜力可达$\phi K_S$模式的四倍。