[論文レビュー] Review of experimental results on rare radiative, semileptonic and leptonic B decays

Thomas Schietinger|ArXiv.org|May 17, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本レビューでは、Bファクトリーから得られた希少な電磁的、半レプトン的、レプトン的B崩壊に関する実験的結果を統合し、$b\to s\gamma$、$b\to s\ell^+\ell^-$、および完全にレプトン的な崩壊の高精度測定に焦点を当てる。標準模型との整合性、新物理の制約、およびフラバー物理とCKMパラメータの精密な探査に向けたこれらの崩壊の役割が強調されている。

ABSTRACT

We review recent experimental progress in the domain of rare radiative, semileptonic and leptonic B decays. The statistical precision attained for these decays has reached a level where they start to impose meaningful constraints on the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa matrix, which are complementary to those obtained from hadronic decays. While the current data indicate no deviations from Standard Model predictions, there is still some room for new physics in these decays.

研究の動機と目的

• Bファクトリーのデータを用いた希少な電磁的、半レプトン的、レプトン的B崩壊における最近の実験的進展を要約すること。
• これらの崩壊が標準模型を超える新物理にどれほど感度を持つのかを評価すること。
• 特に$B\to\mu^+\mu^-$、$B\to\tau^+\tau^-$、および$B\to\nu\bar{\nu}$に関して、更新された分岐率測定値と上限を提供すること。
• これらの崩壊がCKM行列要素、特に$|V_{ub}|$および$|V_{td}/V_{ts}|$の制約に果たす役割を評価すること。
• 光子エネルギースペクトルとCP非対称性が、$b$クォークのダイナミクスおよび新物理を探査する上で果たす可能性を検討すること。

提案手法

• B A B ARおよびBelleの$B$ファクトリーが$\Upsilon(4S)$共鳴状態で運転したデータを用い、累積した全断面積は最大120Mの$B\bar{B}$ペアに達する。
• $b\to s\gamma$分岐率を抽出するために、完全に包含的および半包含的解析手法を適用し、イベント形状およびエネルギー流れの変数を用いてバックグラウンドを抑制する。
• 包含的解析においてレプトンタグギングを適用し、信号対バックグラウンド比を向上させるとともに、連続的バックグラウンドを低減する。
• 半包含的$b\to s\gamma$測定において、観測されない排他的モードを補正するために、アイソスピン対称性およびモンテカルロシミュレーションに基づく外挿法を用いる。
• 低エネルギー領域の光子外挿を補正するために、形状関数モデルを用い、系統的不確実性を定量する。
• イベント再構成および欠損エネルギー技術を用いて、$B^0\to\mu^+\mu^-$、$B^0\to\nu\bar{\nu}$、および$B^0\to\gamma\gamma$などの希少崩壊に対して、モデルに依存しない上限を設定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 包含的$b\to s\gamma$分岐率の現在の精度は何か？ そして、ウィルソン係数$C_7$を介して、新物理にどのような制約を与えるか？
• RQ2 $b\to s\gamma$における測定されたCP非対称性は、標準模型の予測からどの程度ずれているか？
• RQ3 完全にレプトン的な$B$崩壊、特に$B^+\to\tau^+\nu_\tau$、$B^0\to\mu^+\mu^-$、$B^0\to\nu\bar{\nu}$の最も厳しい実験的上限は何か？
• RQ4 希少な半レプトン的崩壊、例えば$B\to K^*\ell^+\ell^-$は、ウィルソン係数およびCKMパラメータをどのように探査するか？
• RQ5 $b\to s\gamma$における光子エネルギースペクトルは、$B$メソン内での$b$クォークの質量とダイナミクスに関する情報を提供できるか？

主な発見

• 包含的$b\to s\gamma$分岐率は、$\mathcal{B}(b\to s\gamma) = 355 \pm 24^{+9}_{-10} \pm 3 \times 10^{-6}$として測定され、標準模型の予測値$357 \pm 30 \times 10^{-6}$と非常に良好に一致している。
• $b\to s\gamma$におけるCP非対称性は、B A B ARで$(2.5 \pm 5.0 \pm 1.5)\%$、Belleで$(0.2 \pm 5.0 \pm 3.0)\%$として測定され、ゼロと一致し、標準模型と整合している。
• $B^0\to\mu^+\mu^-$の上限は、B A B ARで$<0.083 \times 10^{-6}$、Tevatronの結合解析で$<0.032 \times 10^{-6}$に改善され、超対称モデルの制約に寄与している。
• $B^0\to\nu\bar{\nu}$の上限は、B A B ARで$<220 \times 10^{-6}$、126kの$B\to D^{(*)}\ell\nu$イベントに基づいて算出され、放射モード$B^0\to\nu\bar{\nu}\gamma$の上限は$<47 \times 10^{-6}$である。
• $B^0\to\gamma\gamma$の上限は、Belleで$<0.62 \times 10^{-6}$、111Mの$B\bar{B}$ペアに基づいて算出され、依然として標準模型の予測値~1.2の約20倍高い。
• $b\to d\gamma$の初観測が達成され、$B^+\to\tau^+\nu_\tau$崩壊は観測の verge に達しており、B A B ARによる上限は$<0.083 \times 10^{-6}$である。