[论文解读] Updated Measurement of ${\cal B}(B_s o D_s^{(*)+}D_s^{(*)-})$ and Determination of $\Delta \Gamma_{s}$

S. Esen|arXiv (Cornell University)|Oct 1, 2011

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

一句话总结

本文利用在Υ(5S)共振态下采集的121.4 fb⁻¹数据，对B⁰ₛ → D(∗)₊ₛD(∗)₋ₛ衰变的分支比进行了更新测量。通过完全重建末态并施加严格的事件选择条件，研究确定总分支比为(4.3 ± 0.4 ± 1.0)%，从而精确测得相对宽度差∆Γₛ/Γₛ = 0.090 ± 0.009（统计）± 0.022（系统），与标准模型一致，并为Bs混合参数提供了关键约束。

ABSTRACT

Using fully reconstructed $B_{s}$ mesons, we measure exclusive branching fractions for the decays $B_s o D_s^{(*)+}D_s^{(*)-}$. The results are ${\cal B}(B^0_s a D^+_s D^-_s)=(0.58\,^{+0.11}_{-0.09}\,\pm 0.13)%$, ${\cal B}(B^0_s a D^{*\pm}_s D^{\mp}_s)=(1.8\, \pm 0.2\,\pm 0.4)%$, and ${\cal B}(B^0_s a D^{*+}_s D^{*-}_s)=(2.0\,\pm 0.3\,\pm 0.5)%$; the sum is ${\cal B}(B^0_s a D^{(*)+}_s D^{(*)-}_s)=(4.3\,\pm 0.4\,\pm 1.0)%$. Assuming these decay modes saturate decays to CP-even final states, the branching fraction determines the relative width difference between the $B_s$ CP-odd and CP-even eigenstates. Taking \cp\ violation to be negligibly small, we obtain $\dgs/\gs = 0.090\,\pm 0.009\,{ m(stat.)}\,\pm 0.022 \,{ m (syst.)}$, where $\gs$ is the mean decay width. The results are based on a data sample collected with the Belle detector at the KEKB $e^+ e^-$ collider running at the $\Upsilon(5S)$ resonance with an integrated luminosity of 121.4 fb$^{-1}$.

研究动机与目标

• 利用大样本数据，以更高精度测量B⁰ₛ → D(∗)₊ₛD(∗)₋ₛ衰变的分支比。
• 测定Bs介子系统中的相对宽度差∆Γₛ/Γₛ，该量对CP破坏相位和Bs混合参数敏感。
• 检验D(∗)₊ₛD(∗)₋ₛ末态是否主导CP偶宇称衰变振幅并填满宽度差的假设。
• 对标准模型预测的Bs混合参数∆Γₛ/Γₛ提供严格检验。
• 通过改进的重建与选择技术，包括候选选择和背景抑制，降低系统不确定性。

提出的方法

• 使用KEKB上的Belle探测器完全重建B⁰ₛ → D(∗)₊ₛD(∗)₋ₛ衰变，详细重建D₊ₛ、D∗₊ₛ及其衰变产物。
• 应用严格的粒子识别与重建标准，包括对K和π的似然比，以及对φ、K∗和ρ等共振态的不变质量窗口。
• 利用束流能量约束质量（Mbc）和能量差（∆E）识别B⁰ₛ候选，信号区域定义为5.25 < Mbc < 5.45 GeV/c² 且 −0.15 < ∆E < 0.10 GeV。
• 采用基于χ²的筛选标准，解决每事件中多个候选的情况，提高重建效率与纯净度。
• 利用基于改进的Fox-Wolfram矩的Fisher判别统计量抑制连续道q¯q背景，要求R = Lₛ/(Lₛ + Lqq) > 0.20。
• 对Mbc和∆E分布进行拟合，包含信号、组合背景和连续道背景成分，系统不确定性通过信号PDF、背景PDF和效率变化进行评估。

实验结果

研究问题

• RQ1 B⁰ₛ → D(∗)₊ₛD(∗)₋ₛ衰变的精确分支比是多少？与以往测量相比有何差异？
• RQ2 Bs介子系统中的相对宽度差∆Γₛ/Γₛ是多少？它如何约束B⁰ₛ混合中的CP破坏？
• RQ3 D(∗)₊ₛD(∗)₋ₛ末态在Bs系统中对宽度差的饱和程度如何？
• RQ4 重建、识别和建模带来的系统不确定性对最终结果有何影响？
• RQ5 CP破坏相位对测量分支比和宽度差的解释有何影响？

主要发现

• 测得B⁰ₛ → D₊ₛD₋ₛ的分支比为(0.58 ± 0.11 ± 0.13)%，统计显著性达11.5σ。
• 测得B⁰ₛ → D∗±ₛD∓ₛ的分支比为(1.8 ± 0.2 ± 0.4)%，显著性为10.1σ。
• 测得B⁰ₛ → D∗₊ₛD∗₋ₛ的分支比为(2.0 ± 0.3 ± 0.5)%，首次观测到该衰变模式，显著性达8σ。
• B⁰ₛ → D(∗)₊ₛD(∗)₋ₛ的总分支比为(4.3 ± 0.4 ± 1.0)%。
• 在CP破坏可忽略的假设下，测得相对宽度差为∆Γₛ/Γₛ = 0.090 ± 0.009（统计）± 0.022（系统），与标准模型一致。
• 结果与世界平均值和理论预期良好一致，主要系统不确定性来源于D(∗)ₛ分支比和信号PDF形状。