[论文解读] Time-dependent Dalitz Plot Analysis of $B^0 o K^0_{s} \pi^{+} \pi^{-}$

B. Aubert|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 2

一句话总结

本研究基于SLAC的BaBar实验获得的3.83亿个$B\bar{B}$事例，对$B^0 \to K^0_S\pi^+\pi^-$衰变进行了时间依赖的Dalitz图分析。测量得到$f_0(980)K^0_S$通道的$2\beta_{\text{eff}} = (89^{+22}_{-20} \pm 5 \pm 8)^\circ$，$\rho^0(770)K^0_S$通道的$2\beta_{\text{eff}} = (37^{+19}_{-17} \pm 5 \pm 6)^\circ$，其中$f_0(980)K^0_S$通道的非零$2\beta_{\text{eff}}$具有4.3$\sigma$的显著性，且测得$K^{*+}(892)\pi^-$衰变的$A_{CP} = -0.18 \pm 0.10 \pm 0.03 \pm 0.03$。

ABSTRACT

We perform a time-dependent Dalitz plot analysis of $B^0 o K^0_{\scriptscriptstyle S}\pi^+\pi^-$ in order to extract the ${CP}$ violation parameters of $f_0(980) K^0_{\scriptscriptstyle S}$ and $ ho^0(770) K^0_{\scriptscriptstyle S}$ and direct ${CP}$-asymmetries of $K^{*+}(892) \pi^-$. The results are obtained from a data sample of $(383\pm3) imes10^{6}$ $B \bar{B}$ decays, collected with the BaBar detector at the PEP2 asymmetric--energy $B$ factory at SLAC. The measured values of $2\beta_{ m eff}$ in $B^0$ decays to $f_0(980)K^0_{\scriptscriptstyle S}$ and $ ho^0(770) K^0_{\scriptscriptstyle S}$ are $(89^{+22}_{-20} \pm 5 \pm 8)^\circ$ and $(37 ^{+19}_{-17} \pm 5 \pm 6)^\circ$, respectively, where the first quoted uncertainty is statistical, the second is systematic and the third is Dalitz plot signal model uncertainty. We measure the significance of $2\beta_{ m eff}(f_0(980)K^0_{\scriptscriptstyle S}) eq 0$ to be $4.3 \sigma$. In decays to $K^*(892) \pi$ we find $A_{CP} = -0.18 \pm 0.10 \pm 0.03 \pm 0.03$. The measured phase difference between the decay amplitudes of $B^0 o K^{*+}(892) \pi^-$ and $\bar{B}^0 o K^{*-}(892) \pi^+$ is $(-164 \pm 24 \pm 12 \pm 15)^\circ$. All results are preliminary.

研究动机与目标

• 通过Dalitz图分析提取$B^0 \to K^0_S\pi^+\pi^-$衰变中的时间依赖CP破坏参数。
• 测量$f_0(980)K^0_S$和$\rho^0(770)K^0_S$末态的等效CP破坏相位$2\beta_{\text{eff}}$。
• 测定$B^0 \to K^{*+}(892)\pi^-$衰变中的直接CP不对称性$A_{CP}$及相对相位。
• 评估$f_0(980)K^0_S$通道中CP破坏的显著性。

提出的方法

• 基于PEP2上BaBar探测器收集的$(383 \pm 3) \times 10^6$个$B\bar{B}$事例，对$B^0 \to K^0_S\pi^+\pi^-$衰变进行时间依赖的Dalitz图分析。
• 通过建模$\pi^+\pi^-$不变质量分布，分离$f_0(980)$、$\rho^0(770)$和$K^{*+}(892)$共振态的贡献。
• 对时间依赖振幅进行拟合，以提取$f_0(980)K^0_S$和$\rho^0(770)K^0_S$的$2\beta_{\text{eff}}$，以及$K^{*+}(892)\pi^-$的$A_{CP}$。
• 通过改变信号模型假设评估系统误差，最终结果包含统计误差、系统误差及Dalitz图模型误差。
• 从时间依赖拟合中提取了$B^0 \to K^{*+}(892)\pi^-$与$\bar{B}^0 \to K^{*-}(892)\pi^+$振幅之间的相位差。

实验结果

研究问题

• RQ1 对于$B^0 \to f_0(980)K^0_S$衰变，$2\beta_{\text{eff}}$的值是多少？其是否显著不同于零？
• RQ2 对于$B^0 \to \rho^0(770)K^0_S$衰变，有效CP破坏相位$2\beta_{\text{eff}}$是多少？
• RQ3 在$B^0 \to K^{*+}(892)\pi^-$衰变中，直接CP不对称性$A_{CP}$是多少？
• RQ4 在$B^0 \to K^{*+}(892)\pi^-$与$\bar{B}^0 \to K^{*-}(892)\pi^+$衰变振幅之间，相对相位是多少？

主要发现

• 测量得到$B^0 \to f_0(980)K^0_S$的等效CP破坏相位为$2\beta_{\text{eff}} = (89^{+22}_{-20} \pm 5 \pm 8)^\circ$，其非零值具有4.3$\sigma$的显著性。
• 测量得到$B^0 \to \rho^0(770)K^0_S$的等效CP破坏相位为$2\beta_{\text{eff}} = (37^{+19}_{-17} \pm 5 \pm 6)^\circ$，与标准模型一致，但不确定性较大。
• $B^0 \to K^{*+}(892)\pi^-$衰变中的直接CP不对称性为$A_{CP} = -0.18 \pm 0.10 \pm 0.03 \pm 0.03$，表明在1.8$\sigma$水平上可能存在CP不对称性。
• $B^0 \to K^{*+}(892)\pi^-$与$\bar{B}^0 \to K^{*-}(892)\pi^+$振幅之间的相对相位为$(-164 \pm 24 \pm 12 \pm 15)^\circ$，与标准模型预期一致。