[論文レビュー] Test of lepton flavor universality in B$^{\pm}$ $ o$ K$^{\pm}\mu^+\mu^-$ and B$^{\pm}$ $ o$ K$^{\pm}$e$^+$e$^-$ decays in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV

Hayrapetyan, Aram, Aram Hayrapetyan+2334 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2024

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 77被引用数 2

ひとこと要約

本研究では、2018年の√s = 13 TeVでCMS実験が収集した100億件のbハドロン崩壊データを用いて、B± → K±μ+μ−およびB± → K±e+e−崩壊におけるレプトンのフレーバー不変性（LFU）を検証する。q² = 1.1–6.0 GeV²の範囲で測定された比R(K) = 0.78+0.47−0.23は、標準模型予測の1と整合しており、顕著なLFU違反の証拠は得られず、統計的精度は電子チャンネルに制限されている。

ABSTRACT

A test of lepton flavor universality in and decays, as well as a measurement of differential and integrated branching fractions of a nonresonant decay are presented. The analysis is made possible by a dedicated data set of proton-proton collisions at recorded in 2018, by the CMS experiment at the LHC, using a special high-rate data stream designed for collecting about 10 billion unbiased b hadron decays. The ratio of the branching fractions to is determined from the measured double ratio of these decays to the respective branching fractions of the with and decays, which allow for significant cancellation of systematic uncertainties. The ratio is measured in the range , where q is the invariant mass of the lepton pair, and is found to be , in agreement with the standard model expectation . This measurement is limited by the statistical precision of the electron channel. The integrated branching fraction in the same q$^{2}$ range, , is consistent with the present world-average value and has a comparable precision.

研究の動機と目的

• √s = 13 TeVの陽子-陽子衝突から得られた高精度データを用いて、レプトンのフレーバー不変性（LFU）をB± → K±ℓ+ℓ−崩壊で検証すること。
• 非共鳴状態のB± → K±μ+μ−崩壊の微分的および統合分岐比を測定すること。
• B± → J/ψK±崩壊（J/ψ → μ+μ−およびe+e−）を用いた二重比正規化により、系統的不確実性を低減すること。
• b → sℓ+ℓ−遷移におけるLFUのずれを介して、標準模型を超える新しい物理を探ること。

提案手法

• 二重比R(K)は、B(B± → K±μ+μ−)/B(B± → K±e+e−)の比として定義され、系統的不確実性を相殺するため、対応するJ/ψ崩壊チャンネルで正規化される。
• 分析には2018年のLHCデータから得られた専用の高レートデータストリームが用いられ、非バイアスなbハドロン崩壊約100億件が収集された。
• 信号の再構築と選別には、CMS検出器内での粒子フローアルゴリズム、トラッキング、およびミュオンと電子の識別が用いられる。
• 信号効率とバックグラウンド寄与を抽出するために、K±ℓ+ℓ−のインヴァリアント質量分布に最尤フィットが適用された。
• 系統的不確実性は、コントロールサンプル、検出器シミュレーション、および再構築・選別基準の変更を用いて評価された。
• 測定は、電子とミュオンの位相空間が類似するq² = 1.1 < q² < 6.0 GeV²の範囲で実施され、LFUへの感度が向上した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 13 TeVでのB± → K±μ+μ−およびB± → K±e+e−崩壊において、レプトンのフレーバー不変性違反の証拠はあるか？
• RQ2 q² = 1.1–6.0 GeV²の範囲で、比R(K) = B(B± → K±μ+μ−)/B(B± → K±e+e−)の測定値は何か？
• RQ3 測定されたR(K)は、標準模型予測の1とどのように比較されるか？
• RQ4 同じq²範囲におけるB± → K±μ+μ−の統合分岐比は何か？また、世界平均値と比較するとどうなるか？
• RQ5 系統的不確実性はR(K)測定にどの程度影響を及ぼし、どのように緩和されたか？

主な発見

• q² = 1.1–6.0 GeV²の範囲で、比R(K)は0.78+0.47−0.23として測定され、標準模型の予測である1と整合している。
• 電子チャンネルの統計的精度がR(K)測定の感度を制限しており、電子再構築の改善またはより大きなデータセットの必要性を示唆している。
• 同じq²範囲におけるB± → K±μ+μ−の統合分岐比は(12.42 ± 0.68) × 10−8として測定され、世界平均値と整合しており、同等の精度である。
• J/ψ → μ+μ−およびe+e−崩壊を用いた二重比正規化により、R(K)における系統的不確実性が顕著に低減された。
• レプトンのフレーバー不変性に対する顕著なずれは観測されず、このレア崩壊チャンネルにおいて標準模型が支持された。
• 結果はHEPDataデータベースに公開されており、再現性およびさらなる分析のための完全な数値データが提供されている。