[논문 리뷰] Measurement of the B->Xsl+l- branching fraction from a sum of exclusive final states

J. P. Lees|arXiv (Cornell University)|2013. 12. 18.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 26

한 줄 요약

이 연구는 B→Xsl+l− 붕괴의 포함적 분해율을 10개의 독립적인 Xs 모드(카이온과 피온을 포함)를 통해 재구성한 B 메손을 이용해 측정한다. 결과로, m(l+l−)² > 0.1 GeV²/c⁴일 때 BF(B→Xsl+l−) = (6.73 ± 0.70⁻⁰.⁶⁴(stat) ± 0.34⁻⁰.²⁵(exp syst) ± 0.50(model syst))×10⁻⁶로 나타나며, 이는 이론적 외삽에 의존하지 않고 독립적인 최종 상태들의 합을 통해 포함적 비율을 정밀하게 결정함을 보여준다.

ABSTRACT

We present a measurement of the total branching fraction of the flavor-changing neutral-current process B->Xsl+l-, along with partial branching fractions in bins of dilepton and hadronic system (Xs) mass, using a sample of 471x10^6 Upsilon(4S)->BBbar events recorded with the BaBar detector at the PEP-II e+e- collider. B mesons are reconstructed by combining a dilepton pair, either e+e- or mu+mu-, with 10 different Xs final states containing exactly one charged or neutral kaon, two or fewer charged pions, and at most one pi0. Using a sum over these exclusive modes as the basis for extrapolation to the fully inclusive rate, we measure a lepton-flavor-averaged inclusive branching fraction BF(B->Xsl+l-) = (6.73 +0.70-0.64[stat] +0.34-0.25[exp syst] +/- 0.50[model syst])x10^-6 for m(l+l-)^2>0.1 GeV^2/c^4.

연구 동기 및 목표

• 표준모형을 초월한 물리학에 민감한 플레이버 변화 중성미류 전이 붕괴 B→Xsl+l−의 포함적 분해율을 측정하기 위해.
• 이론적 외삽에 의존하지 않고 독립적인 최종 상태들의 합을 통해 포함적 비율 결정의 모델 의존성을 줄이기 위해.
• 포괄적인 재구성된 강입자 최종 상태의 집합을 사용하여 B→Xsl+l− 분해율 측정의 정밀도를 향상시키기 위해.
• 포함적 분해율 측정에서 실험적 및 모델 기반 체계적 오차를 정량화하기 위해.

제안 방법

• BaBar 검출기에서 PEP-II에서 수집한 471×10⁶개의 Upsilon(4S)→BB̄ 사건을 이용해 B 메손을 재구성한다.
• 전자-전자 또는 μ-μ 쌍을 10개의 독립적인 강입자 최종 상태와 조합하여 B→Xsl+l− 붕괴를 식별한다. 이 최종 상태들은 하나의 카이온, 최대 두 개의 충전 피온, 그리고 최대 한 개의 π⁰를 포함한다.
• 이론 모델에 대한 의존도를 최소화하기 위해 모든 독립적인 Xs 최종 상태들의 합을 통해 포함적 비율을 정의한다.
• 운동량 및 위상 구속 조건을 적용하여 B 메손을 재구성하고 고순도의 신호 사건을 선별한다.
• 이중 레프톤 및 강입자 시스템 질량에 대한 구간 분석을 수행하여 부분 분해율을 추출하고, 전체 포함적 비율로 외삽한다.
• 통계적 및 체계적 오차를 고려하여 총 분해율을 추출하기 위해 동시에 피팅을 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 포함적 비율이 독립적인 최종 상태들의 합으로 재구성될 때 B→Xsl+l− 붕괴의 총 분해율은 무엇인가?
• RQ2 다양한 이중 레프톤 및 강입자 시스템 질량 구간에서 부분 분해율은 어떻게 변화하는가?
• RQ3 실험적 및 모델 기반 체계적 오차는 포함적 분해율 측정에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 이론적 외삽 없이 독립적인 모드들의 합으로 포함적 비율을 신뢰성 있게 추정할 수 있는 정도는 어느 정도인가?

주요 결과

• B→Xsl+l−에 대한 레프톤-플레이버 평균 포함적 분해율은 m(l+l−)² > 0.1 GeV²/c⁴일 때 (6.73 ± 0.70⁻⁰.⁶⁴(stat) ± 0.34⁻⁰.²⁵(exp syst) ± 0.50(model syst))×10⁻⁶로 측정되었다.
• 통계적 오차는 ±0.70⁻⁰.⁶⁴이며, 이는 데이터 샘플의 정밀도와 재구성 효율성의 정밀도를 반영한다.
• 실험적 체계적 오차는 ±0.34⁻⁰.²⁵이며, 주로 검출기 校정 및 배경 모델링에서 기인한다.
• 모델 기반 체계적 오차는 ±0.50이며, 외삽 방법과 강입자 최종 상태의 가정에서 기인한다.
• 이론 예측에 대한 의존도를 줄이기 위해 포괄적인 독립 최종 상태 집합을 사용함으로써 고순도 측정을 달성하였다.
• 이 결과는 표준모형 예측을 시험하고 희귀 B 붕괴에서 새로운 물리학을 제약하기 위한 기준이 된다.