Time-Dependent Amplitude Analysis of B^0->Kspi+pi- decays with the BaBar Experiment and constraints on the CKM matrix using the B->K*pi and B->rho K modes
Résumé
A time-dependent amplitude analysis of $B^0 \to K^0_S\pi^+\pi^-$ decays is performed to extract the CP violation parameters of $f_0(980)K_S^0$ and $\rho^0(770)K_S^0$, and direct CP asymmetries of $K^*(892)^\pm\pi^\mp$. The results are obtained from a data sample of $(383\pm 3)\times10^{6}$ $B\bar{B}$ decays, collected with the \babar\ detector at the PEP-II asymmetric-energy B factory at SLAC. Two solutions are found, with equivalent goodness-of-fit merits. Including systematic and Dalitz plot model uncertainties, the combined confidence interval for values of $\beta_{\rm eff}$ in $B^0$ decays to $f_0(980)K_S^0$ is $18^\circ< \beta_{\rm eff}<76^\circ$ (at $95\%$ C.L.); CP conservation in $B^0$ decays to $f_0(980)K_S^0$ is excluded at $3.5\sigma$, including systematics. For $B^0$ decays to $\rho^0(770)K_S^0$, the combined confidence interval is $-9^\circ< \beta_{\rm eff}<57^\circ$ (at $95\%$ C.L.). In decays to $K^*(892)^\pm\pi^\mp$ the measured direct CP asymmetry parameter is $A_{\rm CP}=-0.20 \pm 0.10\pm 0.01\pm 0.02$. The measured phase difference between the decay amplitudes of $B^0\to K^*(892)^+\pi^-$ and $\bar{B}^0\to K^*(892)^-\pi^+$ excludes the $[-132^\circ : +25^\circ]$ interval (at $95\%$ C.L.). Branching fractions and CP asymmetries are measured for all significant intermediate resonant modes. The measurements on $\rho^0(770) K^0_S$ and $K^{*\pm}(892)\pi^{\mp}$ are used as inputs to a phenomenological analysis of $B \to K^*\pi$ and $B \to \rho K$ decays based solely on $SU(2)$ isospin symmetry. Adding external information on the CKM matrix, constraints on the hadronic parameter space are set. For $B \to K^*\pi$, the preferred intervals for color-allowed electroweak penguins are marginally compatible with theoretical expectations. The constraints on CKM parameters are dominated by theoretical uncertainties. A prospective study, based on the expected increase in precision from measurements at LHCb, and at future programs such as Super-B or Belle-upgrade, illustrates the physics potential of this approach.
Une analyse en amplitudes dépendantes du temps des désintégrations $B^0 \to K^0_S\pi^+\pi^-$ est effectuée afin de mesurer les paramètres de violation de CP des modes $f_0(980)K_S^0$ et $\rho^0(770)K_S^0$, ainsi que l'asymétrie directe de CP pour $K^*(892)^\pm\pi^\mp$. Les résultats sont obtenus à partid d'un échantillon de $(383\pm 3)\times10^{6}$ paires $B\bar{B}$, enregistrées par le détecteur \babar\ auprès du collisionneur asymétrique PEPII au SLAC. Deux solutions sont trouvées, avec des figures de mérite équivalentes sur la qualité de l'ajustement. En incluant les incertitudes systématiques et provenant du modèle de Dalitz utilisé, l'intervalle de confiance combiné sur $\beta_{\rm eff}$ dans le mode $f_0(980)K_S^0$ est $18^\circ< \beta_{\rm eff}<76^\circ$ (à $95\%$ C.L.) ; la conservation de CP dans ce mode est exclue à $3.5$ écarts standard. Pour le mode $\rho^0(770)K_S^0$, l'intervalle de confiance combiné est est $-9^\circ< \beta_{\rm eff}<57^\circ$ (à $95\%$ C.L.). Pour le mode $K^*(892)^\pm\pi^\mp$, le paramètre d'asymétrie directe de CP est $A_{\rm CP}=-0.20 \pm 0.10\pm 0.01\pm 0.02$. La mesure de la phase relative entre les amplitudes de désintégration $B^0\to K^*(892)^+\pi^-$ et $\bar{B}^0\to K^*(892)^-\pi^+$ exclut l'intervalle $[-132^\circ : +25^\circ]$ (à $95\%$ C.L.). Les rapports d'embranchement et les asymétries directes de CP sont mesurées pour tous les modes résonants intermédiaires significatifs. Les mesures obtenues dans les modes $\rho^0(770) K^0_S$ et $K^{*\pm}(892)\pi^{\mp}$ sont utilisées comme paramètres d'entrée dans une analyse phénoménologique des désintégrations $B \to K^*\pi$ et $B \to \rho K$, basée uniquement sur la symétrie d'isospin $SU(2)$. L'ajout d'informations extérieures sur la matrice CKM permet de poser des contraintes sur l'espace des paramètres hadroniques. Pour $B \to K^*\pi$, les intervalles obtenus sur les pingouins électrofaibles ne sont que marginalement en accord avec les attentes théoriques. Les contraintes sur la matrice CKM sont dominées par des incertitudes d'origine théorique. Une étude de prospective, utilisant les améliorations attendues sur les mesures de ces modes à LHCb, ou dans les programmes futurs tels que Super-B ou Belle-upgrade, permet d'illustrer le potentiel de physique de cette approche.