[論文レビュー] b-> s gamma and b-> d gamma (B factories)

Wenfeng Wang|arXiv (Cornell University)|Feb 9, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、B A B ARおよびBelle実験のデータを用いて、包含的 $b \to s\gamma$ および $b \to d\gamma$ 衰えの更新された測定を提示する。現在までで最も精度の高い直接的 $C\!P$ 非対称性測定を報告しており、標準模型と整合的である。また、分岐比の比から $|V_{td}/V_{ts}| = 0.199 \pm 0.022$ の独立した決定がなされ、特異なモードの仮定に依存しないことで、CKM行列要素に対する競争力ある制約を提供する。

ABSTRACT

The photon spectrum in B->X_{s,d} γdecay, where X_s(d) is any strange (non-strange) hadronic state, is studied using data samples of $e^+e^- ightarrow Υ(4S) o B B-bar decays collected by the Babar and Belle experiments. Here I present the latest measurements of the branching fraction and spectral mo ments from B -> X_s gamma$ decays by Belle and the direct CP asymmetry of B->X_{s+d} gamma measured at Babar. The determination of |V_{td}/V_{ts}|^2$ i also presented.

研究の動機と目的

• B A B ARおよびBelle実験のデータを用いて、$B \to X_s\gamma$ および $B \to X_d\gamma$ 衰えの包含的分岐比の精度を向上させること。
• 現在までで最高の精度で直接的 $C\!P$ 非対称性 $A_{CP}(B \to X_{s+d}\gamma)$ を測定し、標準模型を超える新しい物理の有無を検証すること。
• 包含的分岐比の比 $\mathcal{B}(b \to d\gamma)/\mathcal{B}(b \to s\gamma)$ から $|V_{td}/V_{ts}|$ を抽出することにより、特異なモードの仮定に依存しないこのCKM行列要素比の独立した決定を行うこと。
• 重味クォーク展開パラメータ $m_b$ および $\mu_\pi^2$ を光子エネルギースペクトルの形状から決定することで、$V_{cb}$ および $V_{ub}$ の抽出における理論的不確実性を低減すること。

提案手法

• 複数の質量領域における $B \to X_{s,d}\gamma$ 衰えの信号yieldを抽出するために、$\Delta E^*$ および $m_{\rm ES}$ 分布に対して二重に拡張された最尤推定を実施した。
• 効率補正済み部分分岐比を用い、中性K中間子、$\omega$ 衰え、高多重度ハドロン状態を含む欠落した最終状態を考慮して、包含的分岐比に extrapolated した。
• 欠落した崩壊モードに対する系統的補正として、複数のフラグメンテーションモデルを用い、欠落分率を $\pm 50\%$ で変化させることで不確実性を評価した。
• CKM角 $\beta$ に基づくモデルに依存しないアプローチを用いて、測定された比 $\mathcal{B}(b \to d\gamma)/\mathcal{B}(b \to s\gamma)$ を $|V_{td}/V_{ts}|$ に変換した。特異なモードの仮定に依存しない。
• 光子エネルギースペクトルの形状を用いて、重味クォーク展開パラメータ $m_b$ および $\mu_\pi^2$ を制約し、包含的半レプトン的崩壊からの $V_{cb}$ および $V_{ub}$ 決定における不確実性を低減した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 光子エネルギー範囲 1.7–2.8 GeV における $B \to X_s\gamma$ の包含的分岐比の最も精度の高い測定値は何か？
• RQ2 直接的 $C\!P$ 非対称性 $A_{CP}(B \to X_{s+d}\gamma)$ は何か？ また、標準模型の予測から逸脱しているか？
• RQ3 分岐比の比 $\mathcal{B}(b \to d\gamma)/\mathcal{B}(b \to s\gamma)$ は、特異な崩壊モードに依存しない形で $|V_{td}/V_{ts}|$ を抽出するのに利用可能か？
• RQ4 欠落した最終状態に起因する不確実性は、包含的分岐比および $|V_{td}/V_{ts}|$ の比の抽出にどのように影響するか？

主な発見

• Belle実験では、$E_\gamma > 1.7$ GeV の範囲で $B \to X_s\gamma$ の包含的分岐比を $\mathcal{B}(B \to X_s\gamma) = (3.45 \pm 0.15 \pm 0.40) \times 10^{-4}$ と測定した。
• B A B AR実験は、現在までで最も精度の高い直接的 $C\!P$ 非対称性測定を報告し、$A_{CP}(B \to X_{s+d}\gamma)$ が標準模型の予測値 $\sim 10^{-6}$ と整合的であることを示した。
• 質量範囲 $M(X) < 2.0$ GeV/$c^2$ において、包含的分岐比の比 $\mathcal{B}(b \to d\gamma)/\mathcal{B}(b \to s\gamma)$ は $0.040 \pm 0.009$ (統計) $\pm 0.010$ (系統) と測定された。
• この比から、$|V_{td}/V_{ts}| = 0.199 \pm 0.022$ (統計) $\pm 0.024$ (系統) $\pm 0.002$ (理論) が導かれた。これは競争力があり、モデルに依存しない決定である。
• 特に非共鳴および高多重度最終状態を含む欠落した崩壊モードの補正は、最大50%の不確実性を引き起こし、これが最終結果に与える影響を評価するために系統的に変化させた。