Belle探测器上B→J/ψ+baryon+anti-baryon和B→J/ψη'K衰变的寻找

摘要

本文利用位于日本国家高能加速器研究机构(KEK)不对称能量正负电子对 撞机(KEKB)上的Belle探测器在　(4S)共振态获取的数据，进行了如下B介 子衰变道的寻找： (1)寻找B→J/ψ+X衰变中J/ψ低动量区的反常超出的来源，寻找重 子反重子奇异态和寻找更多的B介子到重子的衰变模式。我们使用Belle实验 组获取的253 fb<'-1>数据，共计275×10<'6>BB事例，对B→J/ψ+barvon+anti- baryon衰变进行了寻找(包括B→J/ψΛP，B→J/ψ∑<'0>P和B<'0>→J/ψPP衰 变道)。 对于衰变道B<'->→J/ψΛP和B<'0>→J/ψpp，我们进行B介子的完全重建，即衰变产生的所有末态粒子都将用来进行B介子事例重建，这也是大多数分析所使用的方法。这里，我们使用衰变链J/ψ→ι+ι<'->ι=(e，μ)以及Λ→pπ<'->。然而对于衰变道B<'->→J/ψΣ<'0>p，其中Σ<'0>→Λγ，我们只进行部分重建，就是说只用衰变产生的J/ψ，A和p行重建，而不使用，γ光子。这是因为，衰变产生的光子动量很低，低动量光子的重建效率很低，部分重建得到的结果更好。这样，我们对完全重建的B→J/ψΛp衰变和部分重建的B<'->→J/ψΛp∑<'0>P衰变使用同样的甄选条件。 这三个衰变道的衰变产物的质量都很大，接近B介子的质量，使得产生的粒子动量很低，重建效率比较低。 我们使用大量信号Monte Calor(MC)样本来研究衰变信号的效率，信号区以及确定事例甄选条件。本底分析使用inclusiveJ/ψ(B→J/ψ+X)MC模拟数据和真实数据的sideband区域(信号区之外)，inclusiveJ/ψMC模拟数据的数据量为真实数据的100倍。 首先，我们进行末态粒子的挑选和重建，即重建出J/ψ和A粒子，从带电径迹中挑选出P，再由这些末态粒子重建出B介子。运动学变量地。和△M<,B>用来从本底中分离出信号B。M<'bc>是束流能量约束下的B介子质量，定义为M<,bc>≡<开平方根E<,beam><'2>-p<,B><'-2>>,其中p<,B><'-2>是在cMs中重建出的B介子的动量。△M<,B>≡m<,B>,M<,B>是重建出的B介子的质量，m<,B>是PDG中B<'±>介子的质量。[这里没有使用常用的运动学变量M<,bc>。和△E，△E定义为在质，心系(CMs)中重建出的B介子能量(E<,B>)和束流能量(E)之差，即△E≡E<,B>-E。因为衰变产物的质量很大，接近B介子的质量，△E的动力学边界非常接近B介子的信号区，另一方面我们还发现在这些衰变道中，△E和M<,bc>具有很大的负相关性。这样就使得△E-M<,bc>相空间变形，我们就不能使用数据信号区之外的sideband区域研究本底。另一方面，通过MC研究发现△M<,B>和M<,bc>几乎没有相关性，所以，我们决定选取△M<,B>，M<,bc>)作为分析变量。 为了检查我们分析衰变道的连续本底，我们对所有的off-resonance数据进行了分析。结果表明，我们的本底主要来自于误组合本底。对于B<,o>→J/ψp衰变，还有一部分本底是来自B<'->J/ψA 的串扰(cross-feed)本底，每当来自 的π介子没有被探测到，就会在B<,o>→J/ψp 衰变的负△MB sideband区域形成一个峰。 信号的解出使用(△M<,B>，M<,bc>)--维不分道的、扩充的最大似然函数拟合方法(2D un-binned extended Maximum Likelihood fit method)。衰变道信号的形状参数由拟合信号MC得到，考虑到真实数据和MC数据的区别，拟合得到的信号形状参数需要使用校准样本进行校准之后用来拟合真实数据。 对于B<'->→+J/ψp 衰变，我们观测到统计显著性水平为11.1σ的17.2±4.1信号。测出的分支比为J/ψp 衰变道的观测(>5σ)建立了一种新的B介子到重子的衰变模式：B→charmonium+baryon+anti-baryon。同时，观测到的分支比结果，O(～10<'5>)，明确表明B<,->→J/ψp 衰变无法解释B→J/ψp +X衰变中J/ψ低动量区的反常超出(～10<'4>)。我们也没有观测到重子反重子态。 对于B<,->→J/ψ∑<'o> 和B<,o>→J/ψp 衰变，没有观测到具有统计显著性的信号。我们得到90％置信度下的分支比上限：B<,o>→J/ψp )<1.1×10<'-5>，βB<,o>→J/ψp <8．3×10<'-7>(2)我们使用Belle实验组获取的357 fb<'-1>数据，共计(386×10<'6>B 事例，第一次对衰变模式B<,->→J/ψη＇K<'->和B<,o>→J/ψη＇K<'->K<,s><'o> 进行了寻找。这里J/ψ同样衰变到两个轻子，即J/ψ→l<'+>l<'->l=(e，μ)，η′→ηπ<'+>π<'->，η→γγ以及K<'o><,s>→π<'+>π<'->。 在这两个衰变道中，我们使用信号MC发现动力学变量△E和M<,bc>不相关，而且衰变产物的质量也不大，不会影响△E-M<,bc>相空间，故使用常用的动力学变量△E和M<,bc>。来解出B信号。我们用来研究本底的inclusive J／ψMC模拟数据的数据量同样为真实数据的100倍。 首先进行末态粒子的挑选和重建，重建出J／ψ，η′和K<'o><,s>粒子，从带电径迹中挑选出K和π介子，再联合这些末态粒子重建出B介子事例。 对off-resonance数据进行分析的本底研究表明我们的本底主要来自于误组合本底。为了进一步研究本底，我们使用J/ψ高质量端sideband和η′质量的sideband区域，对衰变道的J／ψ误组合本底和η′误组合本底进行研究。结果表明主要的本底来自伪η′，而主要的伪η′又来自于伪η。所以衰变道的本底主要是来自伪η的误组合本底。 我们使用(△E，M<,bc>)二维不分道的、扩充的最大似然函数拟合方法解出信号。衰变道信号的形状参数由拟合信号MC得到，拟合得到的信号形状参数需要使用校准样本进行校准之后用来拟合真实数据。结果我们没有观测到具有统计显著性的信号，得到90％置信度下的分支比上限：B(B<'->→J/ψη′K<'-><8.2×10<'-5>，B(B<'o>→J/ψη′K<'o><,s>)<2.4×10<'-5>。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：插图、表格

第一章引言

第二章KEKB正负电子对撞机和Belle探测器

第三章基本物理分析工具

第四章B→J/Ψ+baryon+anti-baryon的寻找

第五章B-→J/Ψη’K-和B0→J/Ψη’KOS衰变的寻找

附录

参考文献

在读期间的研究成果及发表的文章

论文内容独创性申明

致谢