1 / 36

Belle 実験における B D (*) K - 崩壊の測定

Belle 実験における B D (*) K - 崩壊の測定. 名古屋大学大学院　理学研究科 素粒子宇宙物理学専攻　高エネルギー物理学研究室 　　　　　　　　　 松本　崇博. 学位申請論文公開講演会 : 2002 年 1 月 10 日. Belle 実験の目的. B 中間子を用いた CP 対称性の破れのメカニズムの解明 CP 対称性の破れ (CP 非保存）とは？ C 変換 粒子･反粒子変換、 P 変換 空間反転変換 CP 非保存 C, P の連続変換前後で物理法則にずれ 宇宙が物質だけで構成され、反物質で構成されない？  CP 非保存

tobias-gregory
Download Presentation

Belle 実験における B D (*) K - 崩壊の測定

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Belle実験における BD(*)K-崩壊の測定 名古屋大学大学院　理学研究科 素粒子宇宙物理学専攻　高エネルギー物理学研究室 　　　　　　　　　 松本　崇博 学位申請論文公開講演会: 2002年1月10日

  2. Belle実験の目的 • B中間子を用いたCP対称性の破れのメカニズムの解明 • CP対称性の破れ(CP非保存）とは？ • C 変換 粒子･反粒子変換、P変換 空間反転変換 • CP非保存C, Pの連続変換前後で物理法則にずれ • 宇宙が物質だけで構成され、反物質で構成されない？CP非保存 • B中間子崩壊機構の解明 • B中間子はさまざまな機構により崩壊を起こす • CP非保存、標準理論を超えた物理の理解 　　　　⇒基本過程も含めた各崩壊機構の把握が必要不可欠 • BD(*)K-崩壊 • Cabibbo抑制崩壊 • CP非保存を記述する小林･益川モデルのパラメータ f3の測定のため重要

  3. BDK崩壊 Cabibbo抑制 fp cosqC fK sinqC Factorization近似によるNaïveな予測 R= Br(B-D0K-)/Br(B- D0p-) ~ tan2qc (fK/fp)2 ~ 0.074 qC : Cabibbo角, qC ~ 13°、fK, fp : K,p中間子の形状因子, fK/fp ~ 1.2 崩壊率比 Br(t- K-nt)/Br(t-p-nt) = 0.063±0.003 から位相空間の寄与を補正することで推定（精度~4% )

  4. CLEO実験における B-D0K-観測 B-D0p- シグナル事象の14倍 ⇒B-D0K-/D0p-分離が重要 B-D0p- dE/dxによるK/p識別 ~1.5 s @ P = 2.3 GeV/c B-D0p-分離が不完全 ⇒シグナル事象は明瞭に検出されず B-D0K- R = 0.055 ±0.014±0.005 3.3x106 BB with CLEO [ PRL 80,5493(1998)] c.f. Naïveな予測値　~0.074 DE = (Bのエネルギー ) – ( ビームエネルギー)

  5. Belle実験におけるBD(*)K-崩壊の測定 • 高運動量領域におけるK/p識別 • dE/dxだけでなくチェレンコフ光の有無により遂行 ⇒ BD(*)K-/D(*)p-分離 • 高分解能による測定 • 荷電粒子運動量、光子エネルギーの高精度測定 ⇒バックグラウンド分離 • 高統計B事象 １）BD(*)K-事象の明瞭な検出 ２）B-D0K-過程だけでなく B- D*0K-, B0D+K-,D*+K- を含めた崩壊率比測定によるB崩壊機構の定性的な評価

  6. Bファクトリー(KEKB/Belle) 高エネルギー加速器研究機構(KEK) で行われる電子･陽電子衝突によるB実験 筑波山 国際共同実験 　研究機関 ~ 50、研究者数 ~ 300人 KEKB加速器 Belle検出器

  7. KEKB加速器 衝突点 • 電子･陽電子非対称エネルギー衝突 • 電子 8.0 GeV、陽電子　3.5 GeV • 低エネルギー (s = 10.58 GeV ) • U(4s)共鳴状態が生成: s(Y(4s)) ~ 1 nb • BB対 ( B-(bu)、B0(bd) )が Threshold付近で生成 • 高ルミノシティー加速器 • 設計値: L =1034 cm-2s-1( 108 BB /year ) √ KEKB加速器 　　電子･陽電子2リング(周長3.016 km ) 電子　1.23 A/陽電子　0.78 A ( 1153バンチ ) 　　 ビームサイズ　: sx ~ 100mm/sy ~ 3mm 　　２２ mrad傾けて衝突

  8. Belle検出器 y x z 1.5T magnet 荷電粒子運動量測定 SVD、CDC: sp/p ~ 0.35% 光子エネルギー測定 ECL: sE/E ~ 1.8% K/p粒子識別 1)dE/dx測定 : CDC s(dE/dx) ~ 7% 2) 時間測定: TOF st ~ 100 ps 3) チェレンコフ光有無 :ACC 大きさ: 8m x 8m x 8m 重量 : ~ 1500 t

  9. Belle実験におけるK/p識別 dE/dx(CDC) ACC 低屈折率エアロジェル(based on SiO2) n=1.01~1.03 ⇒P ~ 3.5 GeV/cまでK/p識別

  10. 取得データ Lpeak= 5.5x1033 cm-1s-1 : 世界最高ルミノシティー 全蓄積ルミノシティー : 43.9 fb-1( ~90% on Y(4s) 、~40x106 BB ) 測定使用データ ( 2000年終わりまで) 10.4 fb-1、11.2x106 BB CLEO実験の3倍

  11. BD(*)K-崩壊の測定 解析の流れ 1)B中間子再構成 2)バックグラウンド事象の分離 a)qqバックグラウンド ( q=u,d,c,s) b)BD(*)p- 3)BD(*)K-/D(*)p-事象数抽出 4)崩壊率比 Br(BD(*)K-)/Br(BD(*)p-)の測定

  12. 1) B中間子再構成

  13. BD(*)K-/D(*)p-再構成 再構成過程 • h = p or K • h にはpの質量を仮定 • 荷電共役状態も含む B-D0h- K-p+、K-p+p0、K-p+p+p- B0D+h- K-p+p+、KSp+、KSp+p+p-、 K-K+p+ B- D*0h- D0p0 B0D*+h- D0p+,D+p0 • B D(*)p- • 　　⇒ コントロール事象 • 検出器の分解能、　系統誤差の評価 p0、 KSの再構成: p0 gg、KSp+p-

  14. p0/KS再構成 KSp+p- • 再構成された粒子の運動量は観測された不変質量にPDGに示される値を仮定してフィッティングすることにより再定義する p0gg ±3 s cut ±2 s cut ( s = 4.6 MeV/c2) ( s = 5.3 MeV/c2)

  15. D 中間子再構成 1) 不変質量に対するカット • ±2.5 s cut • s = 5~ 13 MeV/c2 2)K中間子識別 • D0K-p+、D*+崩壊からのD0P(K/p)>0.3 • その他 P(K/p)>0.7 P(K/p) : Likelihood K: P(K/p) ~ 1 p : P(K/p) ~ 0

  16. D*中間子再構成 • D*と Dの不変質量差 • M(D*) – M(D) ~ M(p) • P(p) ~ 40 MeV/c ( D*の静止系) • D*+D0p+ • ±3s cut ( s ~ 0.5 MeV/c2) • D* Dp0 • ±2s cut ( s ~1 MeV/c2 ) dm = M(D*) – M(D)

  17. B中間子の再構成 B- D0p- 1) エネルギー差 • DE = EB*-s/2 mean: 0 MeV √ s: 16 MeV 粒子質量のmiss assignment 　→BDK/Dp間のDEシフト ローレンツブーストの影響 　 →分解能の違い B- D0K- mean: -49 MeV s: 19 MeV • 2) Lab constraint 質量 • Mlc = EB2 – PB2 • EB = (s/2 – PB Pee)/Eee • (Pee,Eee) e+e-系の４元運動量 √ mean : ~5.28 GeV/c2 s: 2.8 MeV/c2 MC カット:5.27<Mlc<5.29 GeV/c2

  18. 2)バックグラウンド事象の分離 a) qqバックグラウンド

  19. qqバックグラウンド、トポロジー • トポロジーが異なるバックグラウンド除去に利用 N(qq)/N(BB) ~ 3 @ U(4s) 共鳴状態 BB事象:低運動量球面事象 qq事象: 高運動量ジェット事象

  20. qqバックグラウンド、分離変数 R2 |cosqsph| BB← →qq →qq • R2 = Si,j|pi||pj|P2(cosqij)/Si,j|pi||pj| • p : CM系の運動量.qi,j　：i,j間の角.P2(x) :ルジャンドル関数 qsph: B候補のSphericity軸とそれ以外の粒子に対するSphericity軸の間の角度 i) バックグラウンドの少ない過程　　 (D0K-p+,D*+D0p+を含む過程） ii) その他

  21. 2)バックグラウンド事象の分離 b)BD(*)p-

  22. BD(*)p-分離、ACC Bから直接崩壊した p-の運動量　P v.s. 放出角度 cosq B-D0p- MC 崩壊における運動量の角度依存に対応してn=1.01~1.03と異なる屈折率をもつシリカ･エアロジェル検出器が配置

  23. BD(*)p-分離、Likelihood BDK/Dp領域 (2.1 < PCM<2.5 GeV/c ) • Likelihood P(K/p) • P(K/p) = LACCxLCDC • L = Prob(K)/(Prob(K) + Prob(p)) • ACC : 光電子分布 • CDC : dE/dx分布 • 性能評価 • D*+D0(K- p+)p+, 純度>95% p中間子 K中間子 P(K/p)>0.8 K eff. 76.5%p miss ID 2.0 % 分離 ~2.5 s c.f. CLEO ⇒ K/p分離　1.5 s p miss ID = 20% with same K eff. P(K/p) ←p like K like→

  24. B-D(*)p-分離、DE v.s. P(K/p) Bから直接崩壊したハドロンに対するKらしさ B-D0K- • DK/Dp分離 K like B- D0K- [P(K/p)>0.8 ] B-D0p- [P(K/p)<0.8 ] ~2.5s K/p分離 ⇒DKの明瞭な検出に成功 p like B-D0p-

  25. 3) BD(*)K-/D(*)p-事象数抽出

  26. 事象数抽出手法 • DE分布に対してbinned likelihood フィット • L = Pi e-mimiNi/ Ni!  Lを最大にする • Ni : 実験により観測された個数 • mi : 各binに対して期待される数 • miの構成要素 • 各分布の推定 • BD(*)K- コントロール事象 B- D(*)p- • qq バックグラウンド サイドバンド事象 • BBバックグラウンド MC • 1)BD(*)K-過程 • a)BD(*)K-シグナル • b)BD(*)p-からp-のmiss IDによる事象 • c)qq　バックグラウンド • d)BB バックグラウンド • 2)BD(*)p-過程 • a)BD(*)p-シグナル • b)qq　バックグラウンド • c)BB　バックグラウンド MCによらない評価 ( 5.20<Mlc<5.26 GeV/c2 )

  27. BD(*)K-フィッティング a) BD(*)K-シグナル • two Gaussian ( 高さを変位 ) • Kをpと仮定したことによるDEのシフトと分解能の広がりの影響 • コントロール事象 BD(*)p-を BD(*)K-と仮定して再構成したときのDE分布から推定 b) BD(*)p-からp-のmiss IDによる事象 • two Gaussian ( 高さを変位 ) • 他のパラメータは BD(*)p-のフィットから推定 c) qqバックグラウンド • サイドバンド事象のヒストグラム、高さを変位 d) BB バックグラウンド • MC

  28. BBバックグラウンド 1) p,gの missing • B-D0K- • B-D*0(D0p0,D0g)K- • B- D0K*-(K-p0) • B0 D*+(D0p+)K- 2) pの miss ID • B-D0p- + X B- D0K- D0p- D0K- MC

  29. DE 分布:B-D0K-/D0p- B- D0p-[ P(K/p)<0.8 ] B- D0K-[ P(K/p)>0.8 ] • 点:データ、曲線:フィットの結果、　　　　 　　　ヒストグラム：バックグラウンド（qq＝ハッチ） N(D0p-) = 2402.8±97.8 N(D0K-) = 138.4±15.5 N(D0p-) =52.4±11.4 ~2% miss ID c2/d.o.f = 0.96

  30. DE分布:その他 世界で初めての測定 B-D*0K- B0D+K- B0D*+K- N(D*0K-)=32.8±7.8 N(D+K-)=33.7±7.3 N(D*+K-)=36.0±7.1

  31. 観測結果 ~2%の miss IDの割合 • BD(*)K-の統計的有意度の評価: S = -2ln(L(0)/L(max)) • L(max) : ベストフィットの時の Likelihood • L(0) : #Signal = 0 とした時の Likelihood (他のパラメータは変位) ⇒どの過程も S>5を満たす √ B-D*0K-, B0 D+K-, D*+K-を世界で初めて発見

  32. 4)崩壊率比 Br(BD(*)K-)/Br(BD(*)p-)の測定

  33. 崩壊率比 • N : 事象数 • e(K)、e(p) : K/p粒子識別効率 • e(K) = 0.765±0.006、 e(p) = 0.980±0.003Data (D*コントロール事象) • h : 検出効率 (K/p粒子識別以外) • D(*)K-　の効率 : Kのdecay in flightの影響により~5%減 　　　MC Br(B D(*)K-) N(BD(*)K-) e(p) h(D(*)p-) R = = x x Br(B D(*)p-) N(BD(*)p-) e(K) h(D(*)K-) 　比をとることで大部分の系統誤差は相殺 ( D(*)の崩壊分岐比、検出効率 )

  34. 系統誤差 フィッティングのパラメータ±1s、バックグラウンドの寄与 D*コントロール事象のモデリング、統計誤差 • その他 • MCによる検出効率の統計( 1%) • D(*)の崩壊分岐比の誤差( <1%) 全体の系統誤差< 統計誤差

  35. 崩壊率比　測定結果 • Factorization近似の予測値 tan2qC (fK/fp)2 ~ 0.074と非常によい一致 ⇒Cabibbo抑制がBDK/Dp崩壊において予想通り生じる • c.f. CLEO実験の結果 • Br(B-D0K-)/Br(B- D0p-) = 0.055±0.014±0.005 値はConsistent、かつ精度を２倍向上 BDK/Dp崩壊率比 第２項: 統計誤差、第３項：系統誤差

  36. まとめ • Belle実験で取得した11.2x106個のBB事象を用い、BD(*)K-崩壊を測定 • BD(*)p-事象を2%と飛躍的に抑制し，シグナル事象を明瞭に検出 B- D*0K-、B0D+K-、D*+K-過程を世界で初めて発見 崩壊率比 Br(BD(*)K-)/Br(BD(*)p-)はNaïveな予測値と一致 ⇒ Cabibbo抑制の影響がBDK/Dp崩壊機構において　　　予想通り記述されることを証明 CLEO実験と比べ、　　　　　　　3倍のB事象、良いK/p分離 ⇒B-D0K-事象を明瞭に　　 検出することに成功

More Related