[論文レビュー] Search for B -> tau nu and B -> K nu nubar Decays with a Fully Reconstructed B at Belle

K. Abe|arXiv (Cornell University)|Jul 8, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、KEKのBelle実験から得られた完全に再構成されたB中間子のサンプルを用いて、稀なB⁻ → τ⁻ν̄およびB⁻ → K⁻νν̄崩壊に対する、これまでで最も厳しい上限が提示されている。系統的不確実性のスメアリングを施したベイズ的尤度解析を適用し、複数の崩壊モードを組み合わせることで、90%信頼水準での上限はそれぞれ1.8 × 10⁻⁴および3.6 × 10⁻⁵に設定され、2重ヒッグスダブルレットモデルを含む新しい物理学の制約がなされた。

ABSTRACT

We present a search for the decays B -> tau nu and B -> K nu nubar in a 253 fb^-1 data sample collected at the Upsilon(4S) resonance with the Belle detector at the KEKB asymmetric energy B factory. Combinatorial and continuum backgrounds are suppressed by selecting a sample of events with one fully reconstructed B. The decay products of the B on the other side of the event are analyzed to search for B -> tau nu and B -> K nu nubar decays. We find no significant evidence for a signal and set 90% confidence level upper limits of B(B -> tau nu) < 1.8*10^-4 and B(B -> K nu nubar) < 3.6*10^-5.

研究の動機と目的

• Belle実験における完全に再構成されたB中間子サンプルを用いて、稀なB中間子崩壊B⁻ → τ⁻ν̄およびB⁻ → K⁻νν̄を探索すること。
• これらの稀な崩壊の分岐比に対する、これまでで最も厳しい上限を設定すること。
• 2重ヒッグスダブルレットモデルを含む新しい物理学モデルを、(mH⁺, tanβ)平面における除外限界を導出することで制約すること。
• 尤度解析において、相関のあるおよび相関のない系統的不確実性を、ガウス的スメアリング技術によって取り入れること。

提案手法

• 観測データに基づいて、各崩壊モードの信号およびバックグラウンド寄与を組み込んだベイズ的尤度関数を構築する。
• 系統的不確実性は、各尤度関数の点を、系統的研究から得られたΔBの幅を持つガウス分布に置き換えることで扱う。
• 複数の崩壊モードにまたがる相関のある系統的不確実性は、各ソースに対して同じ乱数を生成することで処理し、サンプル間で一貫したスメアリングを保証する。
• 5つのB⁻ → τ⁻ν̄崩壊モードの尤度関数は、相関を適切にモデル化した上で乗算により統合する。
• B⁻ → K⁻νν̄については、全系統的不確実性を用いて尤度をスメアリングし、最終的な尤度はスメアリングされた尤度の積として得る。
• 最終的な上限は、スメアリングされた尤度関数の90%信頼水準から導出される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 稀な崩壊B⁻ → τ⁻ν̄の分岐比に対する上限は何か？
• RQ2 稀な崩壊B⁻ → K⁻νν̄の分岐比に対する上限は何か？
• RQ3 測定された上限は、2重ヒッグスダブルレットモデルのパラメータ空間をどのように制約するか？
• RQ4 相関のある系統的不確実性は、最終的な分岐比上限にどのような影響を及えるか？
• RQ5 結果は、LEP、Tevatron、およびBABARでの以前の実験的探索とどのように比較できるか？

主な発見

• B⁻ → τ⁻ν̄の90%信頼水準での分岐比上限は1.8 × 10⁻⁴であり、これまでで最も厳しい上限である。
• B⁻ → K⁻νν̄の90%信頼水準での分岐比上限は3.6 × 10⁻⁵であり、これも現在利用可能な最も厳しい上限である。
• B⁻ → τ⁻ν̄の上限は、2重ヒッグスダブルレットモデルにおける(mH⁺, tanβ)パラメータ空間を制約し、大きなtanβおよび軽い charged Higgsボソンを伴う領域を除外する。
• 尤度ベースの上限推定において、相関および非相関の両方の系統的不確実性をスメアリングする手法の有効性が示された。
• 結果は、LEP、Tevatron、BABAR実験の以前の限界と整合しており、それらを改善している。
• 本研究は、完全に再構成されたB中間子を用いた高精度な稀B崩壊探査において、Belle実験の堅牢な能力を確認した。