[論文レビュー] Measurement of the photon-energy spectrum in inclusive $B ightarrow X_{s}\gamma$ decays identified using hadronic decays of the recoil $B$ meson in 2019-2021 Belle II data

F. Abudinén, I. Adachi+593 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、2019–2021年のBelle IIデータにおける反跳B中間子のハドロン的タギングを用いた、包括的B → Xsγ崩壊における光子エネルギースペクトルの測定を提示する。分析では1.8 GeVを超えるしきい値について統合分岐率を報告しており、標準模型および世界平均と整合的である。これはB中間子の放射性崩壊研究における高精度化の重要な一歩を示している。

ABSTRACT

We measure the photon-energy spectrum in radiative bottom-meson ($B$) decays into inclusive final states involving a strange hadron and a photon. We use SuperKEKB electron-positron collisions corresponding to $189~\mathrm{fb}^{-1}$ of integrated luminosity collected at the $\Upsilon(4S)$ resonance by the Belle II experiment. The partner $B$ candidates are fully reconstructed using a large number of hadronic channels. The $B ightarrow X_s \gamma$ partial branching fractions are measured as a function of photon energy in the signal $B$ meson rest frame in eight bins above $1.8~\mathrm{GeV}$. The background-subtracted signal yield for this photon energy region is $343 \pm 122$ events. Integrated branching fractions for three photon energy thresholds of $1.8~\mathrm{GeV}$, $2.0~\mathrm{GeV}$, and $2.1~\mathrm{GeV}$ are also reported, and found to be in agreement with world averages.

研究の動機と目的

• 2019–2021年のBelle IIデータを用いて、反跳B中間子のハドロン的タギングを用いた、包括的B → Xsγ崩壊における光子エネルギースペクトルの測定。
• 光子エネルギーのしきい値（1.8、2.0、および2.1 GeV）ごとのB → Xsγの統合分岐率の決定。
• アンフォールディングおよび効率補正におけるエネルギーチャンクごとの相関を考慮した、系arness的不確実性の評価。
• Belle IIが得た新規で高統計のデータセットを用いて、放射性B崩壊における標準模型の高精度な検証を提供すること。

提案手法

• 関連するB中間子のハドロン最終状態を再構築することで、反跳B中間子のハドロン的タギングを用いてB → Xsγ崩壊を同定する。
• 運動量・エネルギーの制約を個々のイベントに適用し、B中間子の静止系における光子エネルギースペクトルを再構築する。
• 反跳ハドロン系のインバリアント質量と光子エネルギーの両方に、非パラメトリックな拡張最大尤度フィットを適用して信号生成率を抽出する。
• 検出器効率、再構築バイアス、バックグラウンド寄与を補正し、エネルギーチャンク間の相関を考慮することで、系統的不確実性を評価する。
• 分析にはBelle IIソフトウェアフレームワーク、GEANT4ベースのシミュレーション、およびEvtGenとPYTHIAを用いたイベント生成が用いられる。
• 検出器解像度効果を補正するためにアンフォールディングを適用し、モンテカルロシミュレーションおよびコントロールサンプルを用いて妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Belle IIの2019–2021年データにおけるハドロン的タギングを用いた、包括的B → Xsγ崩壊における測定済みの光子エネルギースペクトルは何か？
• RQ2 光子エネルギーのしきい値が1.8、2.0、および2.1 GeVのとき、B → Xsγの統合分岐率は何か？
• RQ3 測定された分岐率は、標準模型の予測および世界平均とどのように比較されるか？
• RQ4 測定における主要な系統的不確実性の要因は何か。また、それらはエネルギーチャンク間でどのように相関しているか？

主な発見

• Eγ > 1.8 GeVにおけるB → Xsγの統合分岐率は、3.54 ± 0.78（統計）± 0.83（系統）× 10⁻⁴ として測定された。
• Eγ > 2.0 GeVでは、分岐率は3.06 ± 0.56（統計）± 0.47（系統）× 10⁻⁴ であった。
• Eγ > 2.1 GeVでは、分岐率は2.49 ± 0.46（統計）± 0.35（系統）× 10⁻⁴ であった。
• アンフォールディングおよび効率補正を施した前段階での観測信号生成率は、それぞれ1.8、2.0、2.1 GeVのしきい値で343 ± 122、285 ± 68、219 ± 50イベントであった。
• 結果は標準模型および世界平均と整合的であり、顕著なずれは観測されなかった。
• 系統的不確実性は、主に検出器効率とバックグラウンドモデル化に起因し、誤差予算においてエネルギーチャンクごとの相関を慎重に考慮した。