Titelaufnahme

Titel
Measurement of the decays B0s -> J/psi(1020), B0s -> J/psi f'2(1525) and B0s -> J/psi K+ K- at Belle / Felicitas Andrea Thorne
VerfasserThorne, Felicitas Andrea
Begutachter / BegutachterinSchwanda, Christoph
Erschienen2014
UmfangVIII, 116 S. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Diss., 2014
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)B-Mesonzerfälle/Belle-Experiment
Schlagwörter (EN)B meson spectroscopy/Belle experiment
Schlagwörter (GND)B-Meson / Zerfall / Belle-II-Detektor
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-70341 Persistent Identifier (URN)
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Measurement of the decays B0s -> J/psi(1020), B0s -> J/psi f'2(1525) and B0s -> J/psi K+ K- at Belle [2.55 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Die fundamentalen Wechselwirkungen zwischen den Elementarteilchen werden gut durch das Standardmodell der Teilchenphysik beschrieben, welches als eine der größten Errungenschaften der modernen Physik betrachtet wird. Obwohl diese Theorie sehr erfolgreich getestet und bestätigt worden ist, ist auch bekannt, dass sie unvollständig ist, weshalb die Suche nach Physik jenseits des Standardmodells eine signifikante Rolle in heutigen Teilchenphysikexperimenten spielt. Für die CP-verletzende Phase phi_s wird innerhalb des Standardmodells ein kleiner Wert vorhergesagt und es wird deshalb erwartet, dass sie sensitiv auf "neue Physik" ist. Eine der wichtigsten Moden um diese Phase zu messen ist der Zerfall B^0_s -> J/psi phi(1020) mit J/psi -> l^+ l^-$ und phi(1020) -> K^+K^-. In diesem Zusammenhang ist eine detaillierte Studie des Zerfalls B^0_s -> J/psi K^+K^-, in der sowohl resonante Zerfallsmoden wie B^0_s -> J/psi \phi(1020) und B^0_s -> J/psi f'_2(1525) als auch nichtresonante Beiträge untersucht werden, von besonderem Interesse. Obwohl die Hadronkolliderexperimente LHCb, CDF und DO in diesem Forschungsgebiet große Fortschritte erzielt haben, gibt es immer noch offene Fragen, wie zum Beispiel die Größe des S-Wellenanteils innerhalb des phi(1020) Massenbereiches, bei dem das von DO berichtete Resultat nicht mit den von LHCb und CDF gewonnenen Werten übereinstimmt, und die Präsenz einer möglichen B^0_s -> J/psi f_0(980) Komponente wie sie kürzlich von LHCb publiziert worden ist. Da alle verfügbaren Informationen über den Zerfall B^0_s -> J/psi K^+K^- bisher nur auf Resultaten der Hadronkolliderexperimente basieren, ist eine Analyse, welche an einem Leptonkolliderexperiment duchgeführt wird, eine wichtige Erweiterung dieser Studien. Diese Doktorarbeit präsentiert eine umfassende Untersuchung des Zerfalls B^0_s -> J/psi K^+K^-, basierend auf den vom Belle Experiment am Elektron-Positron Kollider KEKB in Tsukuba in Japan aufgezeichneten Daten. Insgesamt hat die Belle Kollaboration bei einer Schwerpunktsenergie von 10.87 GeV (7.1 +- 1.3)x10^6 Ereignisse aufgezeichnet, welche jeweils ein B^0_s anti-B^0_s Mesonenpaar enthalten. In dieser Analyse wird das B^0_s Meson unter Verwendung der J/psi -> e^+e^- und der $J/psi -> mu^+mu^- Zerfallsmoden vollständig rekonstruiert. Die Signalextraktion, welche auf einem 2-dimensionalen ungebinnten Maximumlikelihood-Fit basiert, ist auf simulierten Monte Carlo Daten entwickelt und gestestet worden, bevor sie auf den kompletten Belle Datensatz angewendet wurde. Die gewonnenen Resultate für die absoluten Verzweigungsverhältnisse sind BR[B^0_s -> J/psi phi(1020)] = (1.25 +- 0.07(stat) + 0.08(syst) pm 0.22(f_s))x10^ Kaonmassenverteilung getrennt wurden. Beide Resultate stimmen innerhalb ihrer Fehlerintervalle mit den entsprechenden Werten, die von CDF und LHCb publiziert wurden, überein. Ein möglicher Beitrag des Zerfalls B^0_s -> J/psi f_0(980) mit f_0(980) -> K^+K^- ist untersucht, aber nicht beobachtet worden; daher kann das LHCb Resultat nicht bestätigt werden.

Zusammenfassung (Englisch)

The fundamental interactions between elementary particles are well described by the Standard Model of Particle Physics, which is considered to be one of the most important achievements of modern physics. Even though this theory has been very successfully tested and confirmed on experimental data, it is also known to be incomplete, which is why the search for physics beyond the Standard Model plays a significant role in present particle physics experiments. The CP violating phase phi_s is predicted to be small within the Standard Model and thus expected to be sensitive to "new physics". One of the most important modes to measure this phase is the decay B^0_s -> J/psi phi(1020) with J/psi -> l^+l^- and phi(1020) -> K^+K^-. In this context, a detailed study of the decay B^0_s -> J/psi K^+K^-, where resonant decay modes like B^0_s -> J/psi phi(1020) and B^0_s -> J/psi f'_2(1525) as well as the nonresonant contribution are investigated, is of particular interest. Although the hadron collider experiments LHCb, CDF and DO have made huge progress in this field of research, there are still open questions such as the size of the S-wave contribution within the $\phi\left(1020\right)$ mass range, where the result reported by DO does not agree with the values obtained by LHCb and CDF, and the presence of a possible B^0_s -> J/psi f_0(980) component as recently published by LHCb. As all available information for the decay B^0_s -> J/psi K^+K^- is currently based only on hadron collider results, an analysis performed at a lepton collider experiment is an important extension of these studies. This Ph.D. thesis presents a comprehensive investigation of the decay B^0_s -> J/psi K^+K^- based on the data recorded by the Belle experiment at the asymmetric energy electron-positron collider KEKB in Tsukuba, Japan. At a center-of-mass energy of 10.87 GeV, the Belle collaboration accumulated (7.1 +- 1.3)x10^6 events in total, each containing a B^0_s anti-B^0_s meson pair. In this analysis, the $B^0_s$ meson is fully reconstructed using the J/psi -> e^+e^- and the J/psi -> mu^+mu^- decay modes. The signal extraction procedure, which is based on a 2-dimensional unbinned maximum likelihood fit, has been developed and tested on Monte Carlo simulated data before it has been applied to the full Belle data set. The obtained results for the absolute branching fractions are BR[B^0_s -> J/psi phi(1020)] = (1.25 +- 0.07(stat) + 0.08(syst) +- 0.22(f_s))x10^ observed; thus, the LHCb result cannot be confirmed.