Распады b ( s ) J/ψη’ и b ( s ) J/ψη в эксперименте lhcb

Изучение распады B-мезонов в J/ψ - состояние и η или η’-мезон помогает изучить свойства сильных взаимодействий в области низких энергий и, в частности, смешивание η-η’ мезонов и возможный вклад глюонной компоненты в η’-мезон. Физические состояния η⁽’⁾ описываются через синглетные по изоспину состояния и , возможный вклад «глюонной компоненты» и два угла смешивания _P и _G [1], в соответствии с выражениями и . Относительные вероятности распадов B_(s)J/ψη⁽’⁾ связаны с углами смешивания _P и _G формулами [1]

и – факторы фазового объёма для распадов B_(s)J/ψη⁽’⁾ [1]. Есть и другой способ выразить связь угла смешивания _P с вероятностями распадов B_(s)J/ψη⁽’⁾:

где θ_C – угол Кабиббо. Эти формулы нечувствительны ко вкладу глюонной компоненты.

Исследование проводилось с использованием данных, набранных детектором LHCb на Большом Адронном Коллайдере в 2011 и 2012 годах (интегральная светимость составила 3 фбн^-1) при столкновениях протонов с энергиями в системе центра масс, равной 7 и 8 ТэВ. Отбор событий основан на реконструкции J/ψμ⁺μ^- или ψ(2S)μ⁺μ^- кандидатов из треков двух противоположно заряженных частиц, идентифицированных, как мюоны. Кандидаты η(η’) реконструируются в следующих модах распада: η′π⁺π^-γ; η′ηπ⁺π^- с последующим ηγγ и ηπ⁺π^-π⁰ с последующим π⁰γγ. Требуется, что бы заряженные треки исходили из общей вторичной вершины, значительно удаленной от первичной вершины протон-протонного столкновения. Отобранные кандидаты η(η’) объединяются с -кандидатом и формируют Bψη⁽’⁾-кандидат.

Распределения по инвариантной массе отобранных кандидатов и аппроксимирующие их функции показаны на Рис.1 [2]. Положения пиков согласуются с номинальными массами мезонов [3] и разрешения согласуются с моделированием. Статистическая значимость обнаруженного B⁰J/ψη’ сигнала составляет 4.7σ в канале η’ηπ⁺π^- и 3.5σ в канале η’π⁺π^-γ; их комбинированная значимость составляет 6.1σ, что означает первое обнаружение этого распада [2]. Значимость сигнала B⁰_sψ(2S)η’ составляет 4.3σ, что означает первое свидетельство этого распада.

Рис. 1. Распределения по инвариантной массе ψη⁽’⁾ в распадах: (а) BJ/ψη’ (η’ηπ⁺π^-); (b) BJ/ψη (ηπ⁺π^-π⁰); (c) BJ/ψη’ (η’π⁺π^-γ) и (d) Bψ(2S)η’ (η’π⁺π^-γ). Жирной линией показана суммарная аппроксимирующая функция, длинно-пунктирной линией – вклад распадов B⁰_s-мезона, закрашенной областью – вклад B⁰ мезона. Пунктирной линией показан комбинаторный фон.

Эффективности вычислялись с помощью математического моделирования методом Монте-Карло. Основной источник систематической погрешности – различие данных и моделирования; другие источники систематических погрешностей включают модель аппроксимации сигнала, эффективность реконструкции фотонов, и эффективность триггера.

Измеренные отношения вероятностей распада равны [2]:

где последние погрешности в первых двух измерениях связаны с погрешностью отношения вероятностей адронизации b-кварка в B_s или B⁰-мезон, а первые погрешности последних двух измерениях – с погрешностями вероятностей распадов в таблицах [2]. На основе R_η’ и R_η определяется угол смешивания φ_P=(46.3±2.3)º, на основе R и R_s – оба угла [2]. Эти значения находятся в согласии с предыдущими измерениями и имеют точность, сравнимую с лучшими из них. Результат показывает, что большой вклад глюонной компоненты в η’-мезон маловероятен.

1. 
   Fleischer, R., Knegjens, R., Ricciardi, G. Exploring CP violation and η-η’ mixing with the B⁰_(s)→J/ψη^(’) systems // Eur. Phys. J. C. 2011, №71. p. 1798.
   
2. 
   LHCb collaboration, Aaij R. et al., Study of η-η’ mixing from measurement of B_(s)J/ψη⁽’⁾ decay rates // JHEP 2012, №1. p. 24.
   
3. 
   Particle Data Group, Olive, K. et. al., Review of partile physics // Chin. Phys. C 2014, №38(9).