New measurements of Bc+ decays into single charm final states
LHCb 실험의 9 fb⁻¹ 양성자-양성자 충돌 데이터를 사용하여, 본 연구는 Bc+→D+K∗0 붕괴의 첫 관측을 보고하고, Bc+→D∗0K+ 및 Bs+→Ds+ϕ 붕괴에 대한 증거를 제공하며, Bc+→D0K+ 측정의 정밀도를 향상시키고, Bc+→D0π+ 채널에 대한 상한선을 설정하는 동시에, D0K+ 모드에서 0과 호환되는 CP 비대칭을 측정하였다.
원저자: LHCb collaboration, R. Aaij, A. S. W. Abdelmotteleb, C. Abellan Beteta, F. Abudinén, T. Ackernley, A. A. Adefisoye, B. Adeva, M. Adinolfi, P. Adlarson, C. Agapopoulou, C. A. Aidala, Z. Ajaltouni, S. Akar, K. Akiba, P. Albicocco, J. Albrecht, F. Alessio, Z. Aliouche, P. Alvarez Cartelle, R. Amalric, S. Amato, J. L. Amey, Y. Amhis, L. An, L. Anderlini, M. Andersson, A. Andreianov, P. Andreola, M. Andreotti, D. Andreou, A. Anelli, D. Ao, F. Archilli, M. Argenton, S. Arguedas Cuendis, A. Artamonov, M. Artuso, E. Aslanides, R. Ataíde Da Silva, M. Atzeni, B. Audurier, D. Bacher, I. Bachiller Perea, S. Bachmann, M. Bachmayer, J. J. Back, P. Baladron Rodriguez, V. Balagura, A. Balboni, W. Baldini, L. Balzani, H. Bao, J. Baptista de Souza Leite, C. Barbero Pretel, M. Barbetti, I. R. Barbosa, R. J. Barlow, M. Barnyakov, S. Barsuk, W. Barter, M. Bartolini, J. Bartz, J. M. Basels, S. Bashir, G. Bassi, B. Batsukh, P. B. Battista, A. Bay, A. Beck, M. Becker, F. Bedeschi, I. B. Bediaga, N. A. Behling, S. Belin, K. Belous, I. Belov, I. Belyaev, G. Benane, G. Bencivenni, E. Ben-Haim, A. Berezhnoy, R. Bernet, S. Bernet Andres, A. Bertolin, C. Betancourt, F. Betti, J. Bex, Ia. Bezshyiko, J. Bhom, M. S. Bieker, N. V. Biesuz, P. Billoir, A. Biolchini, M. Birch, F. C. R. Bishop, A. Bitadze, A. Bizzeti, T. Blake, F. Blanc, J. E. Blank, S. Blusk, V. Bocharnikov, J. A. Boelhauve, O. Boente Garcia, T. Boettcher, A. Bohare, A. Boldyrev, C. Bolognani, R. Bolzonella, R. B. Bonacci, N. Bondar, A. Bordelius, F. Borgato, S. Borghi, M. Borsato, J. T. Borsuk, S. A. Bouchiba, M. Bovill, T. J. V. Bowcock, A. Boyer, C. Bozzi, A. Brea Rodriguez, N. Breer, J. Brodzicka, A. Brossa Gonzalo, J. Brown, D. Brundu, E. Buchanan, A. Buonaura, L. Buonincontri, A. T. Burke, C. Burr, J. S. Butter, J. Buytaert, W. Byczynski, S. Cadeddu, H. Cai, A. Caillet, R. Calabrese, S. Calderon Ramirez, L. Calefice, S. Cali, M. Calvi, M. Calvo Gomez, P. Camargo Magalhaes, J. I. Cambon Bouzas, P. Campana, D. H. Campora Perez, A. F. Campoverde Quezada, S. Capelli, L. Capriotti, R. Caravaca-Mora, A. Carbone, L. Carcedo Salgado, R. Cardinale, A. Cardini, P. Carniti, L. Carus, A. Casais Vidal, R. Caspary, G. Casse, M. Cattaneo, G. Cavallero, V. Cavallini, S. Celani, D. Cervenkov, S. Cesare, A. J. Chadwick, I. Chahrour, M. Charles, Ph. Charpentier, E. Chatzianagnostou, M. Chefdeville, C. Chen, S. Chen, Z. Chen, A. Chernov, S. Chernyshenko, X. Chiotopoulos, V. Chobanova, S. Cholak, M. Chrzaszcz, A. Chubykin, V. Chulikov, P. Ciambrone, X. Cid Vidal, G. Ciezarek, P. Cifra, P. E. L. Clarke, M. Clemencic, H. V. Cliff, J. Closier, C. Cocha Toapaxi, V. Coco, J. Cogan, E. Cogneras, L. Cojocariu, S. Collaviti, P. Collins, T. Colombo, M. Colonna, A. Comerma-Montells, L. Congedo, A. Contu, N. Cooke, I. Corredoira, A. Correia, G. Corti, J. Cottee Meldrum, B. Couturier, D. C. Craik, M. Cruz Torres, E. Curras Rivera, R. Currie, C. L. Da Silva, S. Dadabaev, L. Dai, X. Dai, E. Dall'Occo, J. Dalseno, C. D'Ambrosio, J. Daniel, A. Danilina, P. d'Argent, G. Darze, A. Davidson, J. E. Davies, A. Davis, O. De Aguiar Francisco, C. De Angelis, F. De Benedetti, J. de Boer, K. De Bruyn, S. De Capua, M. De Cian, U. De Freitas Carneiro Da Graca, E. De Lucia, J. M. De Miranda, L. De Paula, M. De Serio, P. De Simone, F. De Vellis, J. A. de Vries, F. Debernardis, D. Decamp, V. Dedu, S. Dekkers, L. Del Buono, B. Delaney, H. -P. Dembinski, J. Deng, V. Denysenko, O. Deschamps, F. Dettori, B. Dey, P. Di Nezza, I. Diachkov, S. Didenko, S. Ding, L. Dittmann, V. Dobishuk, A. D. Docheva, C. Dong, A. M. Donohoe, F. Dordei, A. C. dos Reis, A. D. Dowling, W. Duan, P. Duda, M. W. Dudek, L. Dufour, V. Duk, P. Durante, M. M. Duras, J. M. Durham, O. D. Durmus, A. Dziurda, A. Dzyuba, S. Easo, E. Eckstein, U. Egede, A. Egorychev, V. Egorychev, S. Eisenhardt, E. Ejopu, L. Eklund, M. Elashri, J. Ellbracht, S. Ely, A. Ene, J. Eschle, S. Esen, T. Evans, F. Fabiano, L. N. Falcao, Y. Fan, B. Fang, L. Fantini, M. Faria, K. Farmer, D. Fazzini, L. Felkowski, M. Feng, M. Feo, A. Fernandez Casani, M. Fernandez Gomez, A. D. Fernez, F. Ferrari, F. Ferreira Rodrigues, M. Ferrillo, M. Ferro-Luzzi, S. Filippov, R. A. Fini, M. Fiorini, M. Firlej, K. L. Fischer, D. S. Fitzgerald, C. Fitzpatrick, T. Fiutowski, F. Fleuret, M. Fontana, L. A. Foreman, R. Forty, D. Foulds-Holt, V. Franco Lima, M. Franco Sevilla, M. Frank, E. Franzoso, G. Frau, C. Frei, D. A. Friday, J. Fu, Q. Führing, Y. Fujii, T. Fulghesu, E. Gabriel, G. Galati, M. D. Galati, A. Gallas Torreira, D. Galli, S. Gambetta, M. Gandelman, P. Gandini, B. Ganie, H. Gao, R. Gao, T. Q. Gao, Y. Gao, Y. Gao, Y. Gao, L. M. Garcia Martin, P. Garcia Moreno, J. García Pardiñas, P. Gardner, K. G. Garg, L. Garrido, C. Gaspar, R. E. Geertsema, L. L. Gerken, E. Gersabeck, M. Gersabeck, T. Gershon, S. Ghizzo, Z. Ghorbanimoghaddam, L. Giambastiani, F. I. Giasemis, V. Gibson, H. K. Giemza, A. L. Gilman, M. Giovannetti, A. Gioventù, L. Girardey, P. Gironella Gironell, C. Giugliano, M. A. Giza, E. L. Gkougkousis, F. C. Glaser, V. V. Gligorov, C. Göbel, E. Golobardes, D. Golubkov, A. Golutvin, S. Gomez Fernandez, W. Gomulka, F. Goncalves Abrantes, M. Goncerz, G. Gong, J. A. Gooding, I. V. Gorelov, C. Gotti, J. P. Grabowski, L. A. Granado Cardoso, E. Graugés, E. Graverini, L. Grazette, G. Graziani, A. T. Grecu, L. M. Greeven, N. A. Grieser, L. Grillo, S. Gromov, C. Gu, M. Guarise, L. Guerry, M. Guittiere, V. Guliaeva, P. A. Günther, A. -K. Guseinov, E. Gushchin, Y. Guz, T. Gys, K. Habermann, T. Hadavizadeh, C. Hadjivasiliou, G. Haefeli, C. Haen, M. Hajheidari, G. Hallett, M. M. Halvorsen, P. M. Hamilton, J. Hammerich, Q. Han, X. Han, S. Hansmann-Menzemer, L. Hao, N. Harnew, T. J. Harris, M. Hartmann, S. Hashmi, J. He, F. Hemmer, C. Henderson, R. D. L. Henderson, A. M. Hennequin, K. Hennessy, L. Henry, J. Herd, P. Herrero Gascon, J. Heuel, A. Hicheur, G. Hijano Mendizabal, J. Horswill, R. Hou, Y. Hou, N. Howarth, J. Hu, W. Hu, X. Hu, W. Huang, W. Hulsbergen, R. J. Hunter, M. Hushchyn, D. Hutchcroft, M. Idzik, D. Ilin, P. Ilten, A. Inglessi, A. Iniukhin, A. Ishteev, K. Ivshin, R. Jacobsson, H. Jage, S. J. Jaimes Elles, S. Jakobsen, E. Jans, B. K. Jashal, A. Jawahery, V. Jevtic, E. Jiang, X. Jiang, Y. Jiang, Y. J. Jiang, M. John, A. John Rubesh Rajan, D. Johnson, C. R. Jones, T. P. Jones, S. Joshi, B. Jost, J. Juan Castella, N. Jurik, I. Juszczak, D. Kaminaris, S. Kandybei, M. Kane, Y. Kang, C. Kar, M. Karacson, D. Karpenkov, A. Kauniskangas, J. W. Kautz, M. K. Kazanecki, F. Keizer, M. Kenzie, T. Ketel, B. Khanji, A. Kharisova, S. Kholodenko, G. Khreich, T. Kirn, V. S. Kirsebom, O. Kitouni, S. Klaver, N. Kleijne, K. Klimaszewski, M. R. Kmiec, S. Koliiev, L. Kolk, A. Konoplyannikov, P. Kopciewicz, P. Koppenburg, M. Korolev, I. Kostiuk, O. Kot, S. Kotriakhova, A. Kozachuk, P. Kravchenko, L. Kravchuk, M. Kreps, P. Krokovny, W. Krupa, W. Krzemien, O. Kshyvanskyi, S. Kubis, M. Kucharczyk, V. Kudryavtsev, E. Kulikova, A. Kupsc, B. Kutsenko, D. Lacarrere, P. Laguarta Gonzalez, A. Lai, A. Lampis, D. Lancierini, C. Landesa Gomez, J. J. Lane, R. Lane, G. Lanfranchi, C. Langenbruch, J. Langer, O. Lantwin, T. Latham, F. Lazzari, C. Lazzeroni, R. Le Gac, H. Lee, R. Lefèvre, A. Leflat, S. Legotin, M. Lehuraux, E. Lemos Cid, O. Leroy, T. Lesiak, E. D. Lesser, B. Leverington, A. Li, C. Li, H. Li, K. Li, L. Li, M. Li, P. Li, P. -R. Li, Q. Li, S. Li, T. Li, T. Li, Y. Li, Y. Li, Z. Lian, X. Liang, S. Libralon, C. Lin, T. Lin, R. Lindner, H. Linton, V. Lisovskyi, R. Litvinov, F. L. Liu, G. Liu, K. Liu, S. Liu, W. Liu, Y. Liu, Y. Liu, Y. L. Liu, A. Lobo Salvia, A. Loi, T. Long, J. H. Lopes, A. Lopez Huertas, S. López Soliño, Q. Lu, C. Lucarelli, D. Lucchesi, M. Lucio Martinez, V. Lukashenko, Y. Luo, A. Lupato, E. Luppi, K. Lynch, X. -R. Lyu, G. M. Ma, S. Maccolini, F. Machefert, F. Maciuc, B. Mack, I. Mackay, L. M. Mackey, L. R. Madhan Mohan, M. J. Madurai, A. Maevskiy, D. Magdalinski, D. Maisuzenko, M. W. Majewski, J. J. Malczewski, S. Malde, L. Malentacca, A. Malinin, T. Maltsev, G. Manca, G. Mancinelli, C. Mancuso, R. Manera Escalero, F. M. Manganella, D. Manuzzi, D. Marangotto, J. F. Marchand, R. Marchevski, U. Marconi, E. Mariani, S. Mariani, C. Marin Benito, J. Marks, A. M. Marshall, L. Martel, G. Martelli, G. Martellotti, L. Martinazzoli, M. Martinelli, D. Martinez Gomez, D. Martinez Santos, F. Martinez Vidal, A. Martorell i Granollers, A. Massafferri, R. Matev, A. Mathad, V. Matiunin, C. Matteuzzi, K. R. Mattioli, A. Mauri, E. Maurice, J. Mauricio, P. Mayencourt, J. Mazorra de Cos, M. Mazurek, M. McCann, L. Mcconnell, T. H. McGrath, N. T. McHugh, A. McNab, R. McNulty, B. Meadows, G. Meier, D. Melnychuk, F. M. Meng, M. Merk, A. Merli, L. Meyer Garcia, D. Miao, H. Miao, M. Mikhasenko, D. A. Milanes, A. Minotti, E. Minucci, T. Miralles, B. Mitreska, D. S. Mitzel, A. Modak, R. A. Mohammed, R. D. Moise, S. Mokhnenko, E. F. Molina Cardenas, T. Mombächer, M. Monk, S. Monteil, A. Morcillo Gomez, G. Morello, M. J. Morello, M. P. Morgenthaler, J. Moron, W. Morren, A. B. Morris, A. G. Morris, R. Mountain, H. Mu, Z. Mu, E. Muhammad, F. Muheim, M. Mulder, K. Müller, F. Muñoz-Rojas, R. Murta, P. Naik, T. Nakada, R. Nandakumar, T. Nanut, I. Nasteva, M. Needham, N. Neri, S. Neubert, N. Neufeld, P. Neustroev, J. Nicolini, D. Nicotra, E. M. Niel, N. Nikitin, Q. Niu, P. Nogarolli, P. Nogga, C. Normand, J. Novoa Fernandez, G. Nowak, C. Nunez, H. N. Nur, A. Oblakowska-Mucha, V. Obraztsov, T. Oeser, S. Okamura, A. Okhotnikov, O. Okhrimenko, R. Oldeman, F. Oliva, M. Olocco, C. J. G. Onderwater, R. H. O'Neil, D. Osthues, J. M. Otalora Goicochea, P. Owen, A. Oyanguren, O. Ozcelik, F. Paciolla, A. Padee, K. O. Padeken, B. Pagare, P. R. Pais, T. Pajero, A. Palano, M. Palutan, X. Pan, G. Panshin, L. Paolucci, A. Papanestis, M. Pappagallo, L. L. Pappalardo, C. Pappenheimer, C. Parkes, D. Parmar, B. Passalacqua, G. Passaleva, D. Passaro, A. Pastore, M. Patel, J. Patoc, C. Patrignani, A. Paul, C. J. Pawley, A. Pellegrino, J. Peng, M. Pepe Altarelli, S. Perazzini, D. Pereima, H. Pereira Da Costa, A. Pereiro Castro, P. Perret, A. Perrevoort, A. Perro, M. J. Peters, K. Petridis, A. Petrolini, J. P. Pfaller, H. Pham, L. Pica, M. Piccini, L. Piccolo, B. Pietrzyk, G. Pietrzyk, D. Pinci, F. Pisani, M. Pizzichemi, V. M. Placinta, M. Plo Casasus, T. Poeschl, F. Polci, M. Poli Lener, A. Poluektov, N. Polukhina, I. Polyakov, E. Polycarpo, S. Ponce, D. Popov, S. Poslavskii, K. Prasanth, C. Prouve, D. Provenzano, V. Pugatch, G. Punzi, S. Qasim, Q. Qian, W. Qian, N. Qin, S. Qu, R. Quagliani, R. I. Rabadan Trejo, J. H. Rademacker, M. Rama, M. Ramírez García, V. Ramos De Oliveira, M. Ramos Pernas, M. S. Rangel, F. Ratnikov, G. Raven, M. Rebollo De Miguel, F. Redi, J. Reich, F. Reiss, Z. Ren, P. K. Resmi, R. Ribatti, G. Ricart, D. Riccardi, S. Ricciardi, K. Richardson, M. Richardson-Slipper, K. Rinnert, P. Robbe, G. Robertson, E. Rodrigues, A. Rodriguez Alvarez, E. Rodriguez Fernandez, J. A. Rodriguez Lopez, E. Rodriguez Rodriguez, J. Roensch, A. Rogachev, A. Rogovskiy, D. L. Rolf, P. Roloff, V. Romanovskiy, A. Romero Vidal, G. Romolini, F. Ronchetti, T. Rong, M. Rotondo, S. R. Roy, M. S. Rudolph, M. Ruiz Diaz, R. A. Ruiz Fernandez, J. Ruiz Vidal, A. Ryzhikov, J. Ryzka, J. J. Saavedra-Arias, J. J. Saborido Silva, R. Sadek, N. Sagidova, D. Sahoo, N. Sahoo, B. Saitta, M. Salomoni, I. Sanderswood, R. Santacesaria, C. Santamarina Rios, M. Santimaria, L. Santoro, E. Santovetti, A. Saputi, D. Saranin, A. Sarnatskiy, G. Sarpis, M. Sarpis, C. Satriano, A. Satta, M. Saur, D. Savrina, H. Sazak, F. Sborzacchi, L. G. Scantlebury Smead, A. Scarabotto, S. Schael, S. Scherl, M. Schiller, H. Schindler, M. Schmelling, B. Schmidt, S. Schmitt, H. Schmitz, O. Schneider, A. Schopper, N. Schulte, S. Schulte, M. H. Schune, R. Schwemmer, G. Schwering, B. Sciascia, A. Sciuccati, I. Segal, S. Sellam, A. Semennikov, T. Senger, M. Senghi Soares, A. Sergi, N. Serra, L. Sestini, A. Seuthe, Y. Shang, D. M. Shangase, M. Shapkin, R. S. Sharma, I. Shchemerov, L. Shchutska, T. Shears, L. Shekhtman, Z. Shen, S. Sheng, V. Shevchenko, B. Shi, Q. Shi, Y. Shimizu, E. Shmanin, R. Shorkin, J. D. Shupperd, R. Silva Coutinho, G. Simi, S. Simone, N. Skidmore, T. Skwarnicki, M. W. Slater, J. C. Smallwood, E. Smith, K. Smith, M. Smith, A. Snoch, L. Soares Lavra, M. D. Sokoloff, F. J. P. Soler, A. Solomin, A. Solovev, I. Solovyev, N. S. Sommerfeld, R. Song, Y. Song, Y. Song, Y. S. Song, F. L. Souza De Almeida, B. Souza De Paula, E. Spadaro Norella, E. Spedicato, J. G. Speer, E. Spiridenkov, P. Spradlin, V. Sriskaran, F. Stagni, M. Stahl, S. Stahl, S. Stanislaus, E. N. Stein, O. Steinkamp, O. Stenyakin, H. Stevens, D. Strekalina, Y. Su, F. Suljik, J. Sun, L. Sun, D. Sundfeld, W. Sutcliffe, P. N. Swallow, K. Swientek, F. Swystun, A. Szabelski, T. Szumlak, Y. Tan, Y. Tang, M. D. Tat, A. Terentev, F. Terzuoli, F. Teubert, E. Thomas, D. J. D. Thompson, H. Tilquin, V. Tisserand, S. T'Jampens, M. Tobin, L. Tomassetti, G. Tonani, X. Tong, D. Torres Machado, L. Toscano, D. Y. Tou, C. Trippl, G. Tuci, N. Tuning, L. H. Uecker, A. Ukleja, D. J. Unverzagt, B. Urbach, E. Ursov, A. Usachov, A. Ustyuzhanin, U. Uwer, V. Vagnoni, V. Valcarce Cadenas, G. Valenti, N. Valls Canudas, H. Van Hecke, E. van Herwijnen, C. B. Van Hulse, R. Van Laak, M. van Veghel, G. Vasquez, R. Vazquez Gomez, P. Vazquez Regueiro, C. Vázquez Sierra, S. Vecchi, J. J. Velthuis, M. Veltri, A. Venkateswaran, M. Verdoglia, M. Vesterinen, D. Vico Benet, P. Vidrier Villalba, M. Vieites Diaz, X. Vilasis-Cardona, E. Vilella Figueras, A. Villa, P. Vincent, F. C. Volle, D. vom Bruch, N. Voropaev, K. Vos, C. Vrahas, J. Wagner, J. Walsh, E. J. Walton, G. Wan, C. Wang, G. Wang, H. Wang, J. Wang, J. Wang, J. Wang, J. Wang, M. Wang, N. W. Wang, R. Wang, X. Wang, X. Wang, X. W. Wang, Y. Wang, Y. H. Wang, Z. Wang, Z. Wang, Z. Wang, J. A. Ward, M. Waterlaat, N. K. Watson, D. Websdale, Y. Wei, J. Wendel, B. D. C. Westhenry, C. White, M. Whitehead, E. Whiter, A. R. Wiederhold, D. Wiedner, G. Wilkinson, M. K. Wilkinson, M. Williams, M. J. Williams, M. R. J. Williams, R. Williams, Z. Williams, F. F. Wilson, M. Winn, W. Wislicki, M. Witek, L. Witola, G. Wormser, S. A. Wotton, H. Wu, J. Wu, X. Wu, Y. Wu, Z. Wu, K. Wyllie, S. Xian, Z. Xiang, Y. Xie, A. Xu, J. Xu, L. Xu, L. Xu, M. Xu, Z. Xu, Z. Xu, Z. Xu, K. Yang, S. Yang, X. Yang, Y. Yang, Z. Yang, V. Yeroshenko, H. Yeung, H. Yin, X. Yin, C. Y. Yu, J. Yu, X. Yuan, Y Yuan, E. Zaffaroni, M. Zavertyaev, M. Zdybal, F. Zenesini, C. Zeng, M. Zeng, C. Zhang, D. Zhang, J. Zhang, L. Zhang, S. Zhang, S. L. Zhang, Y. Zhang, Y. Z. Zhang, Y. Zhao, A. Zharkova, A. Zhelezov, S. Z. Zheng, X. Z. Zheng, Y. Zheng, T. Zhou, X. Zhou, Y. Zhou, V. Zhovkovska, L. Z. Zhu, X. Zhu, X. Zhu, V. Zhukov, J. Zhuo, Q. Zou, D. Zuliani, G. Zunica
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우주를 거대한 고속 입자 충돌기로 상상해 보십시오. 그곳은 물질의 아주 작은 구성 요소들이 빛의 속도에 가깝게 서로 충돌하는 곳입니다. 이 혼돈스러운 춤사위 속에서 물리학자들은 메존(meson)이라 불리는 희귀하고 이색적인 생명체들을 사냥합니다. 대부분의 입자는 하나의 무거운 쿼크와 하나의 가벼운 쿼크로 이루어진 평범한 커플과 같습니다. 하지만 Bc+(B-sub-c-plus라고 발음)라고 불리는 특별하고 희귀한 메존이 하나 있습니다. 이것은 서로 다른 맛(flavor)을 가진 두 개의 무거운 쿼크로 이루어진 독특한 파트너십을 가진, 유일무이한 존재입니다. 이것을 입자 세계의 '유니콘'이라고 생각하십시오. 이것은 매우 무겁고 두 개의 무거운 재료로 만들어졌기 때문에, 만들어지기가 매우 어렵고 그보다 가벼운 사촌들보다 세 배나 더 빠르게 사라집니다(붕괴합니다). 과학자들은 이 입자가 어떻게 부서지는지를 관찰하는 데 집착하는데, 왜냐하면 그 붕decay 방식이 우리 우주를 지배하는 근본적인 힘에 대한 단서를 담고 있기 때문입니다. 구체적으로, 그들은 "약한 소멸(weak annihilation)"이라는 신비로운 과정을 찾고 있습니다. 이는 두 명의 무거운 파트너가 단순히 한 명의 성질이 변하는 것이 아니라, 순수한 에너지로부터 새로운 입자들을 만들어내며 서로를 파괴하는 과정입니다.
CERN의 LHCb 협력단이 발표한 이 새로운 논문은 마치 고위험 보물 찾기와 같습니다. 연구팀은 양성자 충돌로부터 수집된 9 fb−1의 적분 휘도에 해당하는 방대한 양의 데이터를 가져와, Bc+ 메존이 '참(charm)' 쿼크를 포함하는 입자 하나와 그것을 포함하지 않는('charmless') 메존 하나, 즉 한 쌍의 입자로 붕괴하는 특정한 방식들을 걸러냈습니다. 그들은 다섯 가지 특정한 붕괴 조합을 찾고 있었습니다. 결과는 흥미로운 발견과 엄격한 한계치(limits)가 뒤섞여 있습니다. 그들은 Bc+가 D+와 K∗0 메존으로 붕데되는 것을 최초로 포착하여, 분기율과 분쇄비(fragmentation ratio)의 곱이 (1.42±0.23±0.07±0.11)×10−6임을 찾아냈습니다. 또한 그들은 Bc+→D∗0K+의 값이 (1.46±0.30±0.11±0.05)×10−6이고, Bc+→Ds+ϕ의 값이 (4.0±1.3±0.2±0.5)×10−7인 두 가지 붕괴에 대해 강력한 증거를 발견했습니다. 아울러 Bc+→D0K+에 대한 기존 측정값의 정밀도를 개선하여, 그 값이 (9.7±1.0±0.4±0.3)×10−7임을 밝혀냈습니다.
하지만 모든 탐색에서 보물을 찾은 것은 아닙니다. Bc+→D0π+ 붕괴를 조사했을 때, 그들은 아무런 신호도 발견하지 못했습니다. 발견 대신, 그들은 이 붕괴가 일어난다면 매우 드물어야 한다는 엄격한 상한선을 설정했는데, 95% 신뢰 수준에서 그 값은 1.4×10−7 미만입니다. 이러한 부재(absence)는 사실 매우 큰 단서가 됩니다. 이는 이 과정에서 쿼크의 맛이 변하는 다른 메커니즘보다는 "약한 소멸" 과정이 지배적인 힘임을 시사하기 때문입니다. 연구팀은 또한 Bc+→D0K+ 붕데를 통해 우주가 물질과 반물질을 다르게 대하는지(CP 위반이라 불리는 개념) 확인했습니다. 그들은 비대칭성이 0과 호환된다는 것을 발견했는데, 이는 이 특정 시나리오에서 물질과 반물질이 동일하게 행동함을 의미합니다. 전반적으로, 이 논문은 이러한 희귀한 붕괴가 단순한 이론들이 예측했던 것보다 훨씬 더 자주 발생한다는 것을 확인시켜 주며, Bc+ 메존 안의 두 무거운 쿼크가 실제로 서로를 소멸시켜 새로운 입자 쌍을 만들어낸다는 가설을 강력히 뒷받침합니다.
기술 요약: 단일 참(charm) 최종 상태로의 Bc+ 붕괴에 대한 새로운 측정
문제 및 동기
Bc+ 메존은 서로 다른 맛(flavor)을 가진 두 개의 무거운 쿼로로 구성된 유일한 바닥 상태 메존으로서 독특한 위치를 차지한다. b-쿼크의 트리 레벨 W-방출 붕괴가 지배적인 가벼운 B 메존들과 달리, Bc+의 붕괴 폭은 c-쿼크 전이와 약한 소멸(weak annihilation) 과정에 의해 크게 결정된다. 구체적으로, 트리 레벨 W-방출 붕개는 전체 폭의 약 30%만을 차지하는 반면, 약 60%는 c-쿼크 전이에 의한 것이다. 나머지 약 10%의 붕괴율은 약한 소멸 과정에 의해 지배되며, b→u 전이는 부차적인 것으로 예상된다. Bc+→D0K+ 붕괴는 약한 소멸의 증거를 제공하며 관측된 바 있으나, 이 메커니즘에 대한 추가적인 검증이 필요하다. 이론적 모델들은 만약 약한 소멸이 주요 동력이라면, ddˉ 또는 ssˉ 쌍의 강입자화(hadronization)를 포함하는 붕괴(D+K∗0, D∗0K+, 그리고 Ds+ϕ 결과물 생성)가 D0K+ 모드와 유사한 비율로 발생해야 한다고 제안한다. 반대로, 억제된 b→u 전이에 더 크게 의존하는 Bc+→D0π+ 모드는 현저히 낮은 비율을 보일 것으로 예상된다. 본 논문은 약한 소멸의 지배성을 확인하고 기존 측정값의 정밀도를 높이기 위해 이러한 관련 단일 참 최종 상태들을 탐색해야 할 필요성을 다룬다.
방법론
본 분석은 9 fb−1 (7 및 8 TeV에서 3 fb−1, 13 TeV에서 6 fb−1)의 적분 휘도를 갖는 LHCb 실험에서 수집된 양성자-양성자 충돌 데이터를 활용한다. 연구는 다섯 가지 관측량인 RDX에 집중하며, 이는 프래그먼테이션 분율 비(fc/fu)와 브랜칭 분율 B(Bc+→DX)의 곱으로 정의된다 (여기서 D는 참 메존이고 X는 참이 없는 메존이다).
측정 전략은 계통 오차를 최소화하기 위해 상대적 정규화 기술을 사용한다. Bc+→D+K∗0, Bc+→Ds+ϕ, Bc+→D∗0K+, Bc+→D0K+, 그리고 Bc+→D0π+의 신호 수율은 유사한 최종 상태에서 재구성된 더 풍부한 B+ 붕괴 모드(B+→D+D0 및 B+→D0π+)를 기준으로 정규화되어 추출된다.
주요 절차 단계는 다음과 같다:
- 선택(Selection): 하드웨어 및 소프트와이어 트리거를 사용하여 변위된 이차 정점(displaced secondary vertices)을 요구하는 이벤트를 선택한다. 운동학적 변수, 정점 적합 품질 및 입자 식별(PID) 정보를 활용하여 조합 배경 잡음(combinatorial background)을 억제하도록 훈련된 부스트 결정 트리(BDT) 분류기를 사용한다.
- 효율 보정(Efficiency Correction): 선택 효율은 시뮬레이션된 샘플로부터 결정되며, 트리거 효율에 대한 데이터 기반 방법을 통해 데이터-시뮬레이션 간의 차이를 보정한다. Bc+ 메존의 짧은 수명(약 B+보다 3배 짧음)은 변위 정점 선택 효율에 대한 세심한 처리를 필요로 한다.
- 수율 추출(Yield Extraction): Bc+ 및 B+ 후보자의 불변 질량 분포에 대한 언빈드 최대 가능도 적합(unbinned maximum-likelihood fits)을 통해 신호 및 정규화 수율을 추출한다. 신호 형태는 Crystal Ball 함수를 사용하여 모델링하며, 부분적으로 재구성된 붕괴(예: π0 또는 γ가 재구성되지 않은 경우)는 파라메트릭 PDF를 사용하여 모델링한다.
- CP 비대칭성(CP Asymmetry): Bc+→D0K+ 채널에서 직접 CP 위반을 측정하기 위해 Bc+ 및 Bc− 후보자에 대한 동시 적합(simultaneous fit)을 수행한다.
주요 기여 및 결과
본 논문은 Bc+→D+K∗0 붕쇄의 첫 관측을 보고하며, 준-이체(quasi-two-body) 모드인 Bc+→D∗0K+와 Bc+→Ds+ϕ에 대한 명확한 증거를 제공한다. Bc+→D0K+ 측정은 개선된 정밀도로 업데이트되었으며, Bc+→D0π+ 모드는 관측되지 않았다.
측정된 RDX 값은 다음과 같다 (통계적, 계통적, 외부 불확차 포함):
- RD+K∗0=(1.42±0.23±0.07±0.11)×10−6 (첫 관측)
- RD∗0K+=(1.46±0.30±0.11±0.05)×10−6 (명확한 증거)
- RDs+ϕ=(4.0±1.3±0.2±0.5)×10−7 (명확한 증거)
- RD0K+=(9.7±1.0±0.4±0.3)×10−7 (정밀도 향상)
- RD0π+<1.4×10−7 (95% 신뢰 수준) (상한치)
또한, Bc+→D0K+에서의 직접 CP 비대칭성은 ACP=0.07±0.10±0.03으로 측정되었으며, 이는 0과 일치한다.
의의
결과는 약한 소멸이 단일 참 Bc+ 붕괴를 지배한다는 가설을 뒷받침한다. Bc+→D+K∗0 및 Bc+→D∗0K+의 관측과 Bc+→D0K+와 유사한 비율의 관측은 ddˉ 및 ssˉ 쌍으로의 강입자화가 유사한 확률로 진행된다는 예상을 지지한다. Bc+→D0π+의 미관측은 b→u 전이 진폭의 부차성을 확인시켜 준다.
유도된 브랜칭 분율은 W-방출 및 펜타퀴크(penguin) 진폭만을 기반으로 한 예상치보다 약 2 자릿수 높으며, 이는 이러한 붕괴의 주요 메커니즘이 약한 소멸이라는 결론을 강화한다. 벡터 메존 최종 상태(D∗0K+ 및 D+K∗0)는 D0K+ 모드보다 약 1.5배 더 빈번하게 발생하는 것으로 나타났으며, 이는 B+→D(∗)K(∗) 붕괴에서 관찰되는 패턴과 일치한다. 이 연구는 Bc+ 붕괴 역학과 무거운 맛(heavy-flavor) 물리학에서 약한 소멸의 역할을 이해하는 데 있어 중요한 진전을 이루었다.
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