[論文レビュー] Measurement of the B->Xsl+l- branching fraction from a sum of exclusive final states

J. P. Lees|arXiv (Cornell University)|Dec 18, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 26

ひとこと要約

本研究では、中性子の変換を伴うフレーバー変換のない中間状態 B→Xsl+l− の包含的分岐率を、10種類の独立した Xs モード（カイオンとパイオンを含む）を用いて測定した。結果として、m(l+l−)² > 0.1 GeV²/c⁴ の条件下で、BF(B→Xsl+l−) = (6.73 ± 0.70⁻⁰.⁶⁴(stat) ± 0.34⁻⁰.²⁵(exp syst) ± 0.50(model syst))×10⁻⁶ が得られ、理論的外挿に依存しない形で包含的レートの高精度な決定がなされた。

ABSTRACT

We present a measurement of the total branching fraction of the flavor-changing neutral-current process B->Xsl+l-, along with partial branching fractions in bins of dilepton and hadronic system (Xs) mass, using a sample of 471x10^6 Upsilon(4S)->BBbar events recorded with the BaBar detector at the PEP-II e+e- collider. B mesons are reconstructed by combining a dilepton pair, either e+e- or mu+mu-, with 10 different Xs final states containing exactly one charged or neutral kaon, two or fewer charged pions, and at most one pi0. Using a sum over these exclusive modes as the basis for extrapolation to the fully inclusive rate, we measure a lepton-flavor-averaged inclusive branching fraction BF(B->Xsl+l-) = (6.73 +0.70-0.64[stat] +0.34-0.25[exp syst] +/- 0.50[model syst])x10^-6 for m(l+l-)^2>0.1 GeV^2/c^4.

研究の動機と目的

• フレーバー変換を伴う中性子の変換のない中間状態 B→Xsl+l− の包含的分岐率を測定すること。これは、標準模型を越える物理学に敏感である。
• 理論的外挿に依存しない形で包含的レートの決定を改善するため、排他的最終状態の和をとることによりモデル依存性を低減すること。
• 包括的で高精度な B→Xsl+l− 分岐率の決定を、再構成可能なハドロン最終状態の包括的セットを用いることで向上させること。
• 包含的分岐率測定における実験的およびモデル依存の系貫的不確かさを評価すること。

提案手法

• BaBar検出器が PEP-II で収集した 471×10⁶ 個の Upsilon(4S)→BB̄ イベントを用いて B メソンを再構成する。
• e⁺e⁻ または μ⁺μ⁻ の二重レプトン対と、1つのカイオン、最大2つの荷電パイオン、および最大1つの π⁰ を含む10種類の排他的ハドロン最終状態を組み合わせることで、B→Xsl+l− 衰えを特定する。
• 理論的モデルへの依存を最小限に抑えるために、すべての排他的 Xs 最終状態の和をとることで包含的レートを定義する。
• 運動量的および位相的制約を適用して B メソンを再構成し、高い純度で信号イベントを選別する。
• 二重レプトンおよびハドロン系の質量におけるビン分けを用いた解析により、部分的分岐率を抽出し、完全に包含的レートに外挿する。
• 統計的および系貫的不確かさを考慮して、同時にフィットを実行し、全分岐率を抽出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 包含的レートが排他的最終状態の和から再構成された場合、B→Xsl+l− 衰えの全分岐率は何か？
• RQ2 部分的分岐率は、二重レプトンおよびハドロン系の質量ビンごとにどのように変化するか？
• RQ3 実験的およびモデル依存の系貫的不確かさは、包含的分岐率測定にどのような影響を与えるか？
• RQ4 理論的外挿が顕著でない限り、排他的モードの和をとることで包含的レートを信頼性高く推定できるか？

主な発見

• B→Xsl+l− のレプトン・フレーバー平均の包含的分岐率は、m(l+l−)² > 0.1 GeV²/c⁴ の条件下で (6.73 ± 0.70⁻⁰.⁶⁴(stat) ± 0.34⁻⁰.²⁵(exp syst) ± 0.50(model syst))×10⁻⁶ として測定された。
• 統計的不確かさは ±0.70⁻⁰.⁶⁴ であり、データサンプルの精度および再構成効率を反映している。
• 実験的系貫的不確かさは ±0.34⁻⁰.²⁵ であり、主に検出器キャリブレーションおよびバックグラウンドモデル化に起因する。
• モデル依存の系貫的不確かさは ±0.50 であり、外挿手法およびハドロン最終状態の仮定に起因する。
• 理論的予測への依存を低減するために、包括的な排他的最終状態のセットを用いることで、高い純度が達成された。
• この結果は、標準模型の予測を検証するためのベンチマークを提供し、レア B 衰えにおける新しい物理学の制約を強化する。