[論文レビュー] Evidence for the Electroweak Penguin Decay $B o X_{s}\ell^{+}\ell^{-}$}

Kazuo Abe|ArXiv.org|Jul 26, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、KEKBにおけるBelle実験から得られた29.5 fb$^{-1}$のデータを用いて、電弱パルスン崩壊 $B \to K\mu^+\mu^-$ の証拠を提示している。測定された分岐比は ${\cal B}(B \to K\mu^+\mu^-) = (0.99^{+0.39}_{-0.32}{}^{+0.13}_{-0.15}) \times 10^{-6}$ であり、標準模型の予測と整合的である。また、他の $B \to X_s\ell^+\ell^-$ モードについても90%信頼水準の厳密な上限が得られている。

ABSTRACT

We report a search for the flavor-changing neutral current decay $B o X_{s} \ell^{+} \ell^{-}$ using a 29.5 fb$^{-1}$ data sample accumulated at the $Υ(4S)$ resonance with the Belle detector at the KEKB $e^{+}e^{-}$ storage ring. We observe evidence for $B o Kμ^+μ^-$ and report the preliminary branching fraction of ${\cal B}(B o K μ^{+} μ^{-}) = (0.99^{+0.39}_{-0.32}^{+0.13}_{-0.15}) imes 10^{-6}$. We also set the following 90% confidence level upper limits on the branching fractions for exclusive and inclusive decays, ${\cal B}(B o K e^{+} e^{-}) < 1.2 imes 10^{-6}$, ${\cal B}(B o K^*(892) e^{+} e^{-}) < 5.1 imes 10^{-6}$, ${\cal B}(B o K^*(892) μ^{+} μ^{-}) < 3.0 imes 10^{-6}$, ${\cal B}(B o X_{s} e^{+} e^{-}) < 10.1 imes 10^{-6}$, ${\cal B}(B o X_{s} μ^{+} μ^{-}) < 19.1 imes 10^{-6}$.

研究の動機と目的

• 標準模型では木レベルで禁止されているが、ループ図を通じて新しい物理に敏感な、フレーバー変換を伴う中性荷電現在の崩壊 $B \to X_s\ell^+\ell^-$ を探索すること。
• $\Upsilon(4S)$ 共鳴状態からの大規模データサンプルを用いて、明示的崩壊 $B \to K\mu^+\mu^-$ の分岐比を測定すること。
• さまざまな明示的および包含的 $B \to X_s\ell^+\ell^-$ 崩壊モードの分岐比について、90%信頼水準の上限を設定すること。
• 電弱パルスン過程の標準模型予測を検証し、潜在的な新しい物理の寄与を探索すること。

提案手法

• KEKBにおける $\Upsilon(4S)$ 共鳴状態で取得された $e^+e^-$ 衝突データ29.5 fb$^{-1}$ を、Belle検出器を用いて分析した。
• 信号とバックグラウンドを運動量再構成を用いて分離し、$M_{bc}$-ベースのフィットを実施して $B \to K\ell^+\ell^-$ および $B \to K^*\ell^+\ell^-$ モードの信号収量を抽出した。
• 非保守的な効率およびバックグラウンド推定値を用いて、FeldmanとCousinsの統合的手法を適用し、90%信頼水準の信号収量上限を計算した。
• モンテカルロシミュレーションとデータ駆動型技術を組み合わせて、$M_{bc}$ および $q^2$ 分布における信号およびバックグラウンド成分をモデル化した。
• 全位相空間をカバーするため、明示的モード（例：$K\mu^+\mu^-$、$K^*\mu^+\mu^-$）と包含的モード（$X_s\ell^+\ell^-$）について別々に解析を行った。
• 統計的および系統的不確実性を含めた信号収量を報告し、それらから対応する分岐比および上限を導出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Belleデータセットにおいて、電弱パルスン崩壊 $B \to K\mu^+\mu^-$ の証拠は見られるか？
• RQ2 $B \to K\mu^+\mu^-$ の測定された分岐比は何か？ そして、標準模型の予測と比較するとどうなるか？
• RQ3 $B \to Ke^+e^-$、$B \to K^*\ell^+\ell^-$、および $B \to X_s\ell^+\ell^-$ 崩壊の90%信頼水準の分岐比上限は何か？
• RQ4 測定されたまたは上限が設定された $B \to X_s\ell^+\ell^-$ モードの分岐比は、標準模型の予測と一致するか？
• RQ5 結果は、ループ誘導型FCNC過程における新しい物理の寄与をどの程度制限するか？

主な発見

• Belle共同研究グループは、$B \to K\mu^+\mu^-$ 崩壊に対して4.76標準偏差の有意性で証拠を観測した。
• $B \to K\mu^+\mu^-$ の予備的分岐比は $(0.99^{+0.39}_{-0.32}{}^{+0.13}_{-0.15}) \times 10^{-6}$ と測定され、標準模型の予測と整合的である。
• 90%信頼水準における $B \to Ke^+e^-$ の上限は ${\cal B}(B \to Ke^+e^-) < 1.2 \times 10^{-6}$ である。
• $B \to K^*\mu^+\mu^-$ の上限は、90%信頼水準で ${\cal B}(B \to K^*\mu^+\mu^-) < 3.0 \times 10^{-6}$ である。
• 包含的崩壊 $B \to X_s\mu^+\mu^-$ の上限は、90%信頼水準で ${\cal B}(B \to X_s\mu^+\mu^-) < 19.1 \times 10^{-6}$ である。
• 報告されたすべての上限は、標準模型の予測に近く、予想される挙動からの顕著なずれは認められない。