[論文レビュー] Observation of radiative B0 ---> phi K0 gamma decays

I. Adachi, T. Kuhr+274 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 2

ひとこと要約

本論文は、KEKBのBelle検出器を用いて、Υ(4S)共鳴状態で収集された772 × 10⁶個のBB対を用いて、最初に放射性B⁰ → φK⁰γ崩壊が観測されたことを報告している。信号の有意水準は5.4σであり、測定された分岐比は(2.66 ± 0.60 ± 0.32) × 10⁻⁶であり、これは、放射性B崩壊における時間に依存するCP非対称性を通じて新物理を検証する上で重要なテストとなる。

ABSTRACT

We report the first observation of radiative decay B^0 -> \phi K^0 \gamma using a data sample of 772x10^6 BBar pairs collected at the Y(4S) resonance with the Belle detector at the KEKB asymmetric-energy e+e- collider. We observe a signal of 35+/-8 events with a significance of 5.4 standard deviations including systematic uncertainties. The measured branching fraction is ${\cal B}(B^0 -> \phi K^0 \gamma) = (2.66\pm 0.60 \pm 0.32) imes 10^{-6}$. We also precisely measure ${\cal B}(B^+ -> \phi K^+ \gamma) = (2.34\pm 0.29 \pm 0.23) imes 10^{-6}$. The uncertainties are statistical and systematic, respectively. The observed M_{\phi K} mass spectrum differs significantly from that expected in a three-body phase-space decay.

研究の動機と目的

• 標準模型を超える新物理に敏感な、希少な放射性崩壊B⁰ → φK⁰γを観測すること。
• 大規模なデータサンプルを用いて、B⁰ → φK⁰γの分岐比を高精度で測定すること。
• 中性粒子モードにおける時間に依存するCP非対称性測定を可能にし、放射性B崩壊における右巻き型カレントを調べること。
• フレーバー・シングレット最終状態を含む、プンゲン支配の放射性B崩壊に関する理論的予測を検証すること。
• 放射性遷移を伴うベクトルおよびスカラーメソンを含む非レプトン的B崩壊の理解を深めること。

提案手法

• KEKBのBelle検出器を用いて、Υ(4S)共鳴状態で収集された772 × 10⁶個のBB対を分析した。
• 最終状態を特定するために、φ → K⁺K⁻およびK⁰ → K⁺π⁻π⁰崩壊を再構築した。
• バックグラウンドを抑制するために、運動量的制約およびインバリアント質量再構築（Mbcおよび∆E）を用いた。
• 信号対バックグラウンドの識別を向上させるために、Fox-Wolframモーメントおよび頂点フィッティングを適用した。
• 信号効率を抽出し、分岐比を測定するために、非バッチド拡張最大尤度フィットを実行した。
• データに再重み付けを施したモンテカルロシミュレーションを用いて、検出器効率を補正した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Belle実験において、十分な有意水準で放射性崩壊B⁰ → φK⁰γが観測可能か？
• RQ2 B⁰ → φK⁰γの分岐比は何か？ また、理論的予想と比較するとどうなるか？
• RQ3 この崩壊モードにおいて、時間に依存するCP非対称性を測定可能か？ これにより、右巻き型カレントを通じて新物理を調べられるか？
• RQ4 信号イベントはφK⁰インバリアント質量スペクトルにおいてどのように分布しているか？ これは2体崩壊に類似しているか？
• RQ5 分岐比測定に影響を及ぼす主な系統的不確実性要因は何か？

主な発見

• B⁰ → φK⁰γ崩壊は、系統的不確実性を含めた上で5.4σの有意水準で観測された。
• 測定された分岐比は(2.66 ± 0.60 ± 0.32) × 10⁻⁶であり、統計的および系統的不確実性を含む。
• 信号効率は35 ± 8イベントであり、フィットにおける期待信号と整合的であった。
• 信号は主に低いφK⁰インバリアント質量に集中しており、2体崩壊に類似した振る舞いを示している。
• 分岐比の系統的不確実性は、すべての寄与を含めて9.9%（11.9%）であった。
• B⁺ → φK⁺γ崩壊も9.6σの有意水準で測定され、分岐比は(2.34 ± 0.29 ± 0.23) × 10⁻⁶であった。