[論文レビュー] Lepton-Flavor-Dependent Angular Analysis of $B o K^\ast \ell^+\ell^-$

Belle Collaboration, S. Wehle+201 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 109

ひとこと要約

本論文は、KEKBにおけるBelle実験の711 fb⁻¹のデータを用いて、B⁰ → K*⁰ℓ⁺ℓ⁻崩壊における初のレプトンフラバー依存の角度解析を提示する。P′₄およびP′₅の角度観測量を測定し、レプトンフラバー則一様性を検証した結果、4 < q² < 8 GeV²/c⁴の領域でミューオンモードにおいて2.6σのずれを観測した。これはLHCbのP′₅異常と整合的であり、全体としてのすべてのモードは標準模型と整合的である。

ABSTRACT

We present a measurement of angular observables and a test of lepton flavor universality in the $B o K^\ast \ell^+\ell^-$ decay, where $\ell$ is either $e$ or $\mu$. The analysis is performed on a data sample corresponding to an integrated luminosity of $711~\mathrm{fb}^{-1}$ containing $772 imes 10^{6}$ $B\bar B$ pairs, collected at the $\Upsilon(4S)$ resonance with the Belle detector at the asymmetric-energy $e^+e^-$ collider KEKB. The result is consistent with Standard Model (SM) expectations, where the largest discrepancy from a SM prediction is observed in the muon modes with a local significance of $2.6\sigma$.

研究の動機と目的

• 大規模なデータサンプルを用いて、B⁰ → K*⁰ℓ⁺ℓ⁻崩壊の初のレプトンフラバー依存角度解析を実行すること。
• 電子およびミューオン最終状態に対して、P′₄およびP′₅の角度観測量を別々に測定すること。
• e⁺e⁻およびμ⁺μ⁻モード間の観測量を比較することで、レプトンフラバー則一様性を検証すること。
• 結果が標準模型の予測と整合的かどうかを評価し、新しい物理の兆候を探索すること。
• LHCbが以前に報告したP′₅異常の原因を、同じq²領域で調査すること。

提案手法

• 本分析は、Belle検出器を用いて、Υ(4S)共鳴状態で測定された√s = 10.52 GeVのe⁺e⁻衝突データ711 fb⁻¹を用いる。
• K*⁰ → K⁺π⁻崩壊と双レプトン系の運動量的再構成を用いて、B⁰ → K*⁰ℓ⁺ℓ⁻崩壊を再構成する。
• cosθₗ、cosθₖ、φおよびq²の4次元角度分布に対するアンビンド最尤フィットを用いて、角度観測量を抽出する。
• 微分崩壊率はAltmannshoferら（2009年）の形式的体系でパラメータライズされ、観測量P′₄およびP′₅は角度係数から導出される。
• システムティック不確実性は、コントロールサンプル、シミュレーション、およびデータ駆動型手法（信号およびバックグラウンドモデル）を用いて評価される。
• レプトンフラバー則一様性は、電子モードとミューオンモード間のP′₄およびP′₅の差を表す観測量Q₄およびQ₅を用いて検証される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 B⁰ → K*⁰ℓ⁺ℓ⁻崩壊の角度観測量P′₄およびP′₅に、測定可能なレプトンフラバー依存性が存在するか？
• RQ2 ミューオンモードの測定された角度分布が、q²領域4–8 GeV²/c⁴において標準模型の予測から顕著にずれているか？
• RQ3 電子モードおよびミューオンモードの結果は、Q₄およびQ₅を用いたレプトンフラバー則一様性テストにおいて整合的か？
• RQ4 ミューオンのP′₅で観測された緊張は、同じq²領域におけるLHCbのP′₅異常と一致するか？
• RQ5 システムティック不確実性を含めた、データと標準模型予測との間の最大の乖離の有意水準は何か？

主な発見

• 標準模型予測からの最大のずれはミューオンモードで観測され、q²領域4 < q² < 8 GeV²/c⁴におけるP′₅観測量で局所的有意水準2.6σであった。
• 同じq²領域において、電子モードでは1.3σのずれが観測され、全チャネルの統合解析では2.5σの緊張が得られ、両者ともシステムティック不確実性を含む。
• レプトンフラバー則一様性破れを測定するQ₄およびQ₅観測量は、ゼロからの有意なずれを示さず、4–8 GeV²/c⁴のbinにおいてQ₄ = 0.448 ± 0.392 ± 0.076、Q₅ = 0.498 ± 0.410 ± 0.095であった。
• 電子およびミューオンモードの両方におけるP′₄およびP′₅の測定観測量は、不確実性内ではすべて標準模型の期待値と整合的であった。
• 電子およびミューオン最終状態間で結果が整合的であり、Q₄およびQ₅観測量においてレプトンフラバー則一様性破れの証拠は見つからなかった。
• 4–8 GeV²/c⁴領域におけるミューオンのP′₅で観測された2.6σの緊張は、LHCbのP′₅異常と一致しており、新しい物理の共通の起源を示唆している。