[논문 리뷰] B0s Decays and B Hadron Leptonic Decays

R. Van Kooten|ArXiv.org|2006. 06. 02.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 15인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 CP 고유상태로의 $B^0_s$ 붕괴 및 $B$ 하드론의 렙톤 붕괴에 대한 업데이트된 측정치를 제시하며, 테바트론과 $B$ 팩토리의 결과를 조합하여 $B^0_s$ 너비 차이 $ Delt\Gamma_s$ 의 세계 평균을 결정한다. 이 값은 0에서 2.3$ sigma$ 떨어져 있으며 표준모형과 일치한다. 또한 Belle가 $B^+ \to \tau^+ \nu_\tau$ 를 처음으로 관측하였으며, 이는 $f_B|V_{ub}|$ 의 첫 직접 측정치를 제공한다.

ABSTRACT

Branching fractions of B^0s decays into specific CP eigenstates are presented, and these and other results are combined in world averages to evaluate implications on the width difference between mass or CP eigenstates, ΔΓ_s. New results on purely leptonic decays of B hadrons from the Tevatron and B factories are also presented.

연구 동기 및 목표

• CP 고유상태로의 붕괴 분율과 수명 측정치를 이용하여 $B^0_s$ 너비 차이 $\Delta\Gamma_s$ 의 세계 평균을 결정하기 위해.
• 특히 표준모형을 초월한 새로운 물리에 민감한 순수 렙톤 $B$ 붕괴, 특히 $B^0_d \to \tau^+\tau^-$ 와 $B^+ \to \tau^+\nu_\tau$ 를 통해 새로운 물리의 제약을 가속하기 위해.
• $B^+ \to \tau^+ \nu_\tau$ 의 관측을 통해 $B^+$ 붕괴 매개변수 $f_B|V_{ub}|$ 의 첫 직접 측정치를 제공하기 위해.
• 렙톤 붕괴를 이용하여 CKM 행렬 원소 $|V_{ub}|$ 와 $B$ 메손 붕괴 상수 $f_B$ 의 제약을 향상시키기 위해.
• $B^0_s$ 혼합 진폭에서 새로운 물리에 민감한 $\Delta\Gamma_s$ 가 표준모형 예측과 일치하는지 테스트하기 위해.

제안 방법

• CDF, DØ, 그리고 Belle 데이터에서 완전히 재구성된 붕괴를 이용하여, CP 짝성 상태인 $B^0_s \to D_s^{(\ast)+}D_s^{(\ast)-}$ 의 분율을 측정한다.
• 측정된 분율을 공식 $\Delta\Gamma_s/\Gamma_s \approx 2Br / (1 - Br/2)$ 에 적용하여 $\Delta\Gamma_s$ 를 추출하며, $\phi = 0$ 을 가정한다.
• 다양한 실험에서의 $B^0_s$ 수명, 분율, $\Delta m_s$ 측정치를 조합하여 $\Delta\Gamma_s$ 의 세계 평균을 계산한다.
• BaBar 데이터에서 완전히 재구성된 $B^0_d$ 붕괴와 사건 구조를 이용하여 $B^0_d \to \tau^+\tau^-$ 를 탐색하며, 운동량 및 구조적 절단 조건을 적용하여 신호를 분리한다.
• Belle 데이터에서 $B^+ \to \tau^+ \nu_\tau$ 붕괴를 식별하기 위해 전자 에너지 측정기에서의 초과 에너지라는 신호 강화 변수를 사용한다.
• 초과 에너지 분포를 피팅하여 신호의 유의도를 추출하고, 분율 $Br(B^+ \to \tau^+ \nu_\tau)$ 를 측정하며, $|V_{ub}|$ 의 HFAG 세계 평균을 사용하여 이를 $f_B|V_{ub}|$ 로 변환한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 세계 평균 $\Delta\Gamma_s$ 는 얼마이며, 표준모형 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ2 최신 순수 렙톤 $B$ 붕괴 측정치는 표준모형을 초월한 새로운 물리에 어떤 제약을 가하는가?
• RQ3 $B^+ \to \tau^+ \nu_\tau$ 의 관측을 통해 첫 직접 측정된 $f_B|V_{ub}|$ 는 무엇인가?
• RQ4 $Br(B^0_d \to \tau^+\tau^-)$ 의 현재 한계는 무엇이며, 표준모형 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ5 $B^0_s$ 가 CP 고유상태로 붕괴하는 것은 $\Delta\Gamma_s$ 를 모형에 종속되지 않게 탐색하는 데 얼마나 효과적인가?

주요 결과

• 세계 평균 $ Delta\Gamma_s$ 는 0에서 2.3$ sigma$ 떨어져 있으며, 표준모형 예측과 일치한다.
• Belle에서 $B^+ \to \tau^+ \nu_\tau$ 는 4.0$ sigma$ 의 유의도로 처음으로 관측되었으며, $Br(B^+ \to \tau^+ \nu_\tau) = (0.106^{+0.034+0.018}_{-0.028-0.016})\%$ 로 측정되었다.
• 이 측정치는 $f_B|V_{ub}| = (7.73^{+1.24+0.066}_{-1.02-0.058}) \times 10^{-4}$ GeV 로의 첫 직접 결정을 가능하게 하였다.
• HFAG 세계 평균 $|V_{ub}|$ 를 사용하여, 이 논문은 $f_B = 0.176^{+0.028+0.020}_{-0.023-0.018}$ GeV 를 유도하였으며, 이는 이 매개변수의 첫 직접 측정치이다.
• BaBar에서의 $Br(B^0_d \to \tau^+\tau^-)$ 의 한계는 90% 신뢰수준에서 $< 3.4 \times 10^{-3}$ 이며, 표준모형 예측에 가까워지고 있다.
• $B^0_s$ 분율 측정치 $Br(B^0_s \to D_s^{(\ast)+}D_s^{(\ast)-})$ 는 $ Delta\Gamma_s$ 를 추출하는 데 사용되었으며, 그 결과는 표준모형과 일치한다.