[論文レビュー] Determination of the Branching Fraction for Inclusive Decays B -> X_{s} gamma

B. Aubert, Collaboration, BaBar|arXiv (Cornell University)|Jul 25, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 30

ひとこと要約

本論文は、SLACのB A B AR実験で得られた6000万対の$B\bar{B}$ペアを用いて、希少な電磁放射性B中間子崩壊$B \to X_s\gamma$の包含的分岐比を高精度で測定した。片方のB中間子をレプトンでタグ付けし、もう片方のB中間子からの高エネルギー光子を選別することで、モデル依存の効率補正を導入せずにバックグラウンドを低減した。その結果、一時的な分岐比は$(3.88 \pm 0.36_{\text{stat}} \pm 0.37_{\text{syst}} \pm^{0.43}_{0.23}\_{\text{model}}) \times 10^{-4}$となった。これは標準模型の予測と整合的であり、ニューエル・フォースの寄与を制約するものである。

ABSTRACT

We present a preliminary determination of the inclusive branching fraction for the rare radiative penguin transition B -> X_{s} gamma. The measurement is based on a data sample of 60 million BB pairs collected between 1999 and 2001 with the BaBar detector at the PEPII asymmetric-energy e+e- B Factory at SLAC. We study events containing a high-energy photon from one B (or Bbar) decay and a tagging primary lepton from the decay of the other B meson. By this means, we are able to reduce a significant component of the background without introduction of model dependent uncertainties in the event selection efficiency. We determine the branching fraction BR(B->X_{s} gamma)=3.88 +-0.36(stat.)+-0.37(sys.) +0.43-0.23(model.)x10^{-4}, which is consistent with Standard Model predictions and provides a constraint on possible new physics contributions to the electromagnetic penguin amplitude in B decays.

研究の動機と目的

• 希少な電磁放射性崩壊$B \to X_s\gamma$の包含的分岐比を高精度で決定すること。
• モデル依存の効率補正を導入せずに、信号領域のバックグラウンド汚染を低減すること。
• B崩壊における電磁的ペンギン振幅への新しい物理の寄与を制約すること。
• PEP-IIからの大規模な$B\bar{B}$データセットを用いて、分岐比測定の精度を向上させること。

提案手法

• 分析は、PEP-II $e^+e^-$衝突装置でB A B AR検出器が収集した6000万対の$B\bar{B}$ペアを用いた。
• イベントは、片方のB崩壊からの高エネルギー光子と、もう片方のB中間子からのタグ付きレプトンを特定することで選別され、効率的なバックグラウンド抑制が可能になった。
• 信号領域は、$B$静止系における光子エネルギー$E^*_{\gamma}$が$2.1 < E^*_{\gamma} < 2.7\,\text{GeV}$である範囲で定義された。
• 特に$B\bar{B}$イベントからのバックグラウンド寄与は、コントロール領域を用いて推定され、モンテカルロシミュレーションで検証された。
• バックグラウンドを推定した後、$E^*_{\gamma}$スペクトルから信号効率を抽出した。この際、わずかな$b \to d\gamma$成分も含めた。
• 最終的な分岐比は、$|V_{td}/V_{ts}|^2$に基づくモデル依存のスケーリング係数を用いて、検出器効率と$b \to d\gamma$汚染補正を施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $B \to X_s\gamma$の包含的分岐比の正確な値は何か？
• RQ2 $B\bar{B}$イベント由来のバックグラウンドは、モデル依存の効率仮定に依存せずにどのように低減できるか？
• RQ3 測定された分岐比は、次-leading-orderの標準模型予測とどの程度一致するか？
• RQ4 この測定は、電磁的ペンギン振幅への新しい物理の寄与にどのような制約を課えるか？

主な発見

• 測定された$B \to X_s\gamma$の分岐比は$(3.88 \pm 0.36_{\text{stat}} \pm 0.37_{\text{syst}} \pm^{0.43}_{0.23}\_{\text{model}}) \times 10^{-4}$である。
• この結果は、次-leading-orderの標準模型予測と整合的であり、顕著なずれは認められない。
• 統計的不確かさは$0.36 \times 10^{-4}$、系統的不確かさは$0.37 \times 10^{-4}$である。
• モデル依存の不確かさは$^{+0.43}_{-0.23} \times 10^{-4}$であり、これはKagan-Neubertモデルを用いた理論的入力（$m_b = 4.80\,\text{GeV}/c^2$）を反映している。
• バックグラウンドを差し引いた$2.1 < E^*_{\gamma} < 2.7\,\text{GeV}$領域における信号効率は、543イベント（純正）であった。
• この分析は、系統的不確かさが現在、信号サンプルに比例する$B\bar{B}$バックグラウンドコントロールサンプルのサイズによって制限されていることを示している。