[論文レビュー] Evidence for the Flavor Changing Neutral Current Decays B to K l+ l- and B to K* l+ l-

B. Aubert|Science and Technology Facilities Council|Jul 25, 2002

Ionosphere and magnetosphere dynamics参考文献 1被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、PEP-IIの$Υ(4S)$共鳴状態で収集された8440万対の$B\bar{B}$粒子から、BaBar検出器を用いて、希少なフラーバー変換中性荷電現在の崩壊$B \to K\ell^+\ell^-$および$B \to K^*\ell^+\ell^-$の予備的証拠を提示する。$B \to K\ell^+\ell^-$の信号は$4.4\sigma$の有意水準で観測され、分岐比は$(0.78^{+0.24+0.11}_{-0.20-0.18}) \times 10^{-6}$を示した。一方、$B \to K^*\ell^+\ell^-$は$2.8\sigma$の過剰信号を示し、中央値は$(1.68^{+0.68}_{-0.58}\pm 0.28) \times 10^{-6}$であり、90%信頼水準の上限は$3.0 \times 10^{-6}$であった。

ABSTRACT

We present preliminary results from a search for the rare, flavor-changing neutral current decays B to K l+ l- and B to K* l+ l-, where l+ l- is either an e+ e- or mu+ mu- pair. The data sample comprises (84.4 +- 0.9) X 10e6 upsilon(4S) to B B-bar decays (77.8 /fb) collected with the BaBar detector at the PEP-II B factory. For B to K l+ l-, we observe a signal with estimated significance of 4.4 sigma and obtain B(B to K l+ l-) = (0.78 +0.24 -0.20 +0.11 -0.18) X 10e-6 (averaged over l = e and mu). For B to K* l+ l-, we observe an excess of events over background with estimated significance of 2.8 sigma. We obtain B(B to K* l+ l-) = (1.68 +0.68 -0.58 +-0.28) X 10e-6 and the 90% C.L. upper limit B(B to K* l+ l-) < 3.0 X 10e-6.

研究の動機と目的

• 標準模型において極めて抑制されているフラーバー変換中性荷電現在の崩壊$B \to K\ell^+\ell^-$および$B \to K^*\ell^+\ell^-$を探索すること。
• $\Upsilon(4S)$共鳴状態からの大規模な$B\bar{B}$対データサンプルを用いて、これらの崩壊の分岐比を測定すること。
• 測定された分岐比が標準模型の予測と過去の実験結果と整合しているかを検証すること。
• 検出器および解析フレームワークの系統的不確実性を考慮した上で、観測信号の有意水準を評価すること。

提案手法

• データは、PEP-II$B$ファクトリーのBaBar検出器を用いて収集され、統合した全断面積は77.8 fb$^{-1}$に相当する。
• 分析では、最終状態に含まれる中性子および$\ell^+\ell^-$ペアを特定することで、$B \to K\ell^+\ell^-$および$B \to K^*\ell^+\ell^-$の崩壊を再構築した。
• 信号領域は$\ell^+\ell^-$の不変質量スペクトルに定義され、バックグラウンドはサイドバンド領域とモンテカルロシミュレーションを用いて推定された。
• 信号の有意水準は、統計的および系統的不確実性を組み込んだプロファイル尤度法を用いて評価された。
• 分岐比は、$B$候補の不変質量分布に対するアンビンド最大尤度フィットにより抽出された。
• 検出器効率および受容域の比を考慮し、$K^*$モードには1.2の補正係数が適用された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準模型において極めて抑制されているフラーバー変換中性荷電現在の崩壊$B \to K\ell^+\ell^-$について、証拠が得られるか。
• RQ2 $B \to K\ell^+\ell^-$の測定された分岐比は何か。理論的予測および過去の測定結果と比較するとどうなるか。
• RQ3 $B \to K^*\ell^+\ell^-$崩壊は有意な信号を示すか。その結果は、標準模型を超える新しい物理の可能性にどのような示唆をもたらすか。
• RQ4 系統的不確実性は、これらの希少崩壊の有意水準および分岐比推定にどのように影響するか。
• RQ5 観測された信号は、特に77.8 fb$^{-1}$の大きなデータセットと過去の小さなデータセットとを比較した場合、異なるデータサブセット間で一貫しているか。

主な発見

• $B \to K\ell^+\ell^-$の信号は$4.4\sigma$の有意水準で観測され、観測の信頼性が極めて高いことを示している。
• $B \to K\ell^+\ell^-$の測定された分岐比は$(0.78^{+0.24+0.11}_{-0.20-0.18}) \times 10^{-6}$であり、$\ell = e$および$\mu$の平均値である。
• $B \to K^*\ell^+\ell^-$崩壊は、バックグラウンドを$2.8\sigma$上回る過剰信号を示し、中央値は$(1.68^{+0.68}_{-0.58}\pm 0.28) \times 10^{-6}$であった。
• $B \to K^*\ell^+\ell^-$の90%信頼水準の上限は$3.0 \times 10^{-6}$であり、中央値および標準模型の予測と整合的であった。
• $B \to K\ell^+\ell^-$の測定された分岐比は、Aliらの予測値$(0.35 \pm 0.12) \times 10^{-6}$よりも高いが、Belle測定値$(0.75^{+0.25}_{-0.21}\pm 0.09) \times 10^{-6}$と整合的であった。
• 一貫性の検証により、真の値が新しい結果と等しいと仮定した場合、以前の20.7 fb$^{-1}$データセットでより小さい収量を観測する確率は3%（1.9σ）であった。これは、データサブセット間に顕著な不一致がないことを示唆している。