DOI: https://doi.org/10.1007/jhep01(2026)159
تاريخ النشر: 2026-01-26
المؤلف: R. Aaij وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات فيزياء الجسيمات النظرية والتجريبية
نظرة عامة
تؤكد جامعة برمنغهام التزامها بالتحكم الدقيق في المواد المتاحة؛ ومع ذلك، تعترف بأن الأخطاء قد تحدث أحيانًا، مما يؤدي إلى تحميل غير مقصود لعناصر حساسة تجاريًا أو سرية بطرق أخرى. في مثل هذه الحالات، تشجع الجامعة الأفراد الذين يحددون مثل هذه الوثائق على التواصل عبر عنوان البريد الإلكتروني المقدم، UBIRA@lists.bham.ac.uk، لتسهيل إزالتها. تسلط هذه العملية الضوء على التزام المؤسسة بالحفاظ على نزاهة وملاءمة مواردها المشتركة.
مقدمة
تناقش المقدمة أهمية تحلل ب هادرونات إلى حالات نهائية تحتوي على ميزونات J/ψ، والتي تعتبر توقيعات تجريبية حاسمة لمعايرة القياسات في تجارب فيزياء الطاقة العالية المختلفة، بما في ذلك تلك في مصنع B، LHC، وTevatron. بينما تم تأسيس كسور التفريع لتحللات مثل $B^0 \to J/\psi K^0_S$ و$B^+ \to J/\psi K^+$ بشكل جيد، تظل الكسور المقابلة لتحللات ب-باريون، وخاصة $\Lambda^0_b \to J/\psi \Lambda$، أقل دقة بسبب التحديات في إنتاج باريونات ب في تجارب مصنع B. قامت تجارب D0 وCDF في Tevatron بقياس حاصل كسور هادرونيزات الكوارك ب إلى $\Lambda^0_b$ وكسور التفريع الخاصة بها، مما يكشف عن اعتماد قوي على الزخم العرضي ($p_T$).
تقدم هذه الورقة قياسًا لكسور التفريع لـ $\Lambda^0_b \to J/\psi \Lambda$ باستخدام بيانات تم جمعها بواسطة تجربة LHCb من 2016 إلى 2018، والتي تتوافق مع لومنوسية متكاملة قدرها 5.4 fb$^{-1}$ عند طاقة مركز الكتلة $\sqrt{s} = 13$ TeV. تأخذ التحليل في الاعتبار اعتماد $p_T$ لإنتاج ب-هادرونات من خلال فحص عوائد التحلل في صناديق $p_T$ محددة. يتم تطبيع عوائد $\Lambda^0_b \to J/\psi \Lambda$ ضد تلك الخاصة بـ $B^0 \to J/\psi K^0_S$، مستفيدًا من التشابه في طوبولوجيا التحلل. تستكشف الدراسة أيضًا عدم تماثل الإيزوبين $A_I[B \to J/\psi K]$، والذي من المتوقع أن يكون صفرًا في النموذج القياسي، وتقارن معدلات التحلل لـ $B^+$ و$B^0$ ميزونات للتحقق من منهجية التحليل.
النتائج
في قسم النتائج، تقدم الدراسة قياسات لعدم تماثل الإيزوبين ($A_I$) بين تحللات $B^0$ و$B^+$، تم تحليلها عبر صناديق مختلفة من الزخم العرضي لميزونات $B$ ($p_T$). تشير النتائج إلى عدم وجود اعتماد كبير على $p_T$، حيث تتوافق توزيعات التحلل بين الاثنين على مستوى النسبة المئوية. تم تحديد القيمة المتوسطة لعدم تماثل الإيزوبين لتكون $A_I = -0.0135 \pm 0.0004 \pm 0.0133$، حيث تكون الشكوك الأولى إحصائية والثانية نظامية، مما يتماشى مع القياسات الأخيرة من تجارب أخرى. بالإضافة إلى ذلك، تحت فرضية تماثل الإيزوبين في التحللات، يتم حساب نسبة مقطع الإنتاج لـ $B^+$ إلى $B^0$ ميزونات كـ $f(b \to B^+) / f(b \to B^0) = 1.027 \pm 0.001 \pm 0.027$.
علاوة على ذلك، تؤدي تحليل عوائد فئات $\Lambda$ إلى نسبة كسور التفريع المعطاة بـ $B(\Lambda_b^0 \to J/\psi \Lambda) / B(B^0 \to J/\psi K^0_S) = 0.750 \pm 0.005 \pm 0.022 \pm 0.005 \pm 0.062$. يسمح التناسب، الذي له $\chi^2$ قدره 23.9 مع 25 درجة حرية، بتحديد كسور التفريع $B(\Lambda_b^0 \to J/\psi \Lambda) = (3.34 \pm 0.02 \pm 0.10 \pm 0.08 \pm 0.28) \times 10^{-4}$. تتضمن هذه القيمة الشكوك الناتجة عن المدخلات الخارجية وتعكس تفسيرًا متسقًا للقياسات السابقة، على الرغم من التباينات في الافتراضات المتعلقة بإنتاج ميزونات $B^0$ و$B^+$ في تحللات $\Upsilon(4S)$.
مناقشة
يعد كاشف LHCb مطيافًا متقدمًا مصممًا لدراسة الجسيمات التي تحتوي على كواركات ب أو ج، ويعمل ضمن نطاق الزاوية الزائفة من 2 إلى 5. تشمل المكونات الرئيسية كاشف رأس السيليكون لتحديد هادرونات ج و ب طويلة العمر، ونظام تتبع لقياس الزخم، وكواشف شيرنكوف لتصوير الحلقات لتحديد الجسيمات، ومقياس طاقة كهرومغناطيسي لإعادة بناء الطاقة. يتم اختيار الأحداث من خلال نظام تحفيز من مرحلتين، يتبعه معالجة غير متصلة بالإنترنت لتحضير البيانات للتحليل. يتم استخدام عينات محاكاة تم إنشاؤها عبر Pythia وEvtGen لتقييم كفاءة الاختيار وتوزيعات الخلفية، مع تطبيق تصحيحات لحساب الفروق بين المحاكاة والبيانات الفعلية.
يتضمن اختيار المرشحين معايير صارمة في مراحل مختلفة، بما في ذلك متطلبات الزخم العرضي العالي (p_T) للميونات ونطاقات الكتلة المحددة لمنتجات التحلل. يستخدم التحليل مصنفات شجرة القرار المعززة بالتدرج لتقليل الخلفية التوافقية، خاصة في مجموعات بيانات الفئات الطويلة. يتم تحديد عائد الإشارة لتحللات مثل \(B^+ \to J/\psi K^+\) و\(\Lambda^0_b \to J/\psi \Lambda\) من خلال ملاءمات قصوى غير مقيدة ممتدة، مع ملاءمة متزامنة لخلفيات التغذية المتقاطعة. يتم العثور على نسبة كسور التفريع \(B(\Lambda^0_b \to J/\psi \Lambda)/B(B^0 \to J/\psi K^0_S)\) لتكون حوالي 39%، مما يتماشى مع التوقعات النظرية من QCD المضطرب ونُهج تجزئة QCD. يتم تقييم الشكوك النظامية بعناية، مما يضمن قياسات قوية لكسور التفريع وعدم تماثل الإيزوبين.
DOI: https://doi.org/10.1007/jhep01(2026)159
Publication Date: 2026-01-26
Author(s): R. Aaij et al.
Primary Topic: Particle physics theoretical and experimental studies
Overview
The University of Birmingham emphasizes its commitment to careful curation of available materials; however, it acknowledges that errors may occasionally occur, leading to the unintentional upload of items that are commercially sensitive or otherwise confidential. In such instances, the university encourages individuals who identify such documents to reach out via the provided email address, UBIRA@lists.bham.ac.uk, to facilitate their removal. This process underscores the institution’s dedication to maintaining the integrity and appropriateness of its shared resources.
Introduction
The introduction discusses the significance of b hadron decays to final states with J/ψ mesons, which serve as crucial experimental signatures for calibrating measurements in various high-energy physics experiments, including those at the B-factory, LHC, and Tevatron. While the branching fractions for decays such as $B^0 \to J/\psi K^0_S$ and $B^+ \to J/\psi K^+$ are well-established, the corresponding fractions for b-baryon decays, particularly $\Lambda^0_b \to J/\psi \Lambda$, remain less precise due to the challenges in producing b baryons in B-factory experiments. The Tevatron’s D0 and CDF experiments have measured the product of the b quark hadronization fraction to $\Lambda^0_b$ and its branching fraction, revealing a strong dependence on transverse momentum ($p_T$).
This paper presents a measurement of the branching fraction for $\Lambda^0_b \to J/\psi \Lambda$ using data collected by the LHCb experiment from 2016 to 2018, corresponding to an integrated luminosity of 5.4 fb$^{-1}$ at a center-of-mass energy of $\sqrt{s} = 13$ TeV. The analysis accounts for the $p_T$ dependence of b-hadron production by examining decay yields in specific $p_T$ bins. The yields of $\Lambda^0_b \to J/\psi \Lambda$ are normalized against those of $B^0 \to J/\psi K^0_S$, leveraging the similar decay topologies. The study also explores the isospin asymmetry $A_I[B \to J/\psi K]$, which is expected to be zero in the Standard Model, and compares the decay rates of $B^+$ and $B^0$ mesons to validate the analysis methodology.
Results
In the results section, the study presents measurements of isospin asymmetry ($A_I$) between $B^0$ and $B^+$ decays, analyzed across different bins of $B$-meson transverse momentum ($p_T$). The findings indicate no significant dependence on $p_T$, with the two decay distributions being compatible at the percent level. The average value of the isospin asymmetry is determined to be $A_I = -0.0135 \pm 0.0004 \pm 0.0133$, where the first uncertainty is statistical and the second is systematic, aligning with recent measurements from other experiments. Additionally, under the assumption of isospin symmetry in decays, the production cross-section ratio of $B^+$ to $B^0$ mesons is calculated as $f(b \to B^+) / f(b \to B^0) = 1.027 \pm 0.001 \pm 0.027$.
Furthermore, the analysis of the yields of $\Lambda$ categories yields a ratio of branching fractions given by $B(\Lambda_b^0 \to J/\psi \Lambda) / B(B^0 \to J/\psi K^0_S) = 0.750 \pm 0.005 \pm 0.022 \pm 0.005 \pm 0.062$. The fit, which has a $\chi^2$ of 23.9 with 25 degrees of freedom, allows for the determination of the branching fraction $B(\Lambda_b^0 \to J/\psi \Lambda) = (3.34 \pm 0.02 \pm 0.10 \pm 0.08 \pm 0.28) \times 10^{-4}$. This value incorporates uncertainties from external inputs and reflects a consistent interpretation of previous measurements, despite variations in assumptions regarding the production of $B^0$ and $B^+$ mesons in $\Upsilon(4S)$ decays.
Discussion
The LHCb detector is a specialized forward spectrometer designed to study particles containing b or c quarks, operating within the pseudorapidity range of 2 to 5. Key components include a silicon-strip vertex detector for identifying long-lived c and b hadrons, a tracking system for momentum measurement, ring-imaging Cherenkov detectors for particle identification, and an electromagnetic calorimeter for energy reconstruction. Events are selected through a two-stage trigger system, followed by offline processing to prepare data for analysis. Simulated samples generated via Pythia and EvtGen are utilized to assess selection efficiency and background distributions, with corrections applied to account for discrepancies between simulation and actual data.
Candidate selection involves stringent criteria at various stages, including the requirement for high transverse momentum (p_T) muons and specific mass ranges for decay products. The analysis employs gradient-boosted decision-tree classifiers to suppress combinatorial background, particularly in long-category datasets. The signal yield for decays such as \(B^+ \to J/\psi K^+\) and \(\Lambda^0_b \to J/\psi \Lambda\) is determined through extended unbinned maximum-likelihood fits, with simultaneous fitting for cross-feed backgrounds. The branching fraction ratio \(B(\Lambda^0_b \to J/\psi \Lambda)/B(B^0 \to J/\psi K^0_S)\) is found to be approximately 39%, aligning with theoretical predictions from perturbative QCD and QCD factorization approaches. Systematic uncertainties are carefully evaluated, ensuring robust measurements of branching fractions and isospin asymmetry.