[논문 리뷰] Measurement of the Differential $q^2$ Spectrum and Forward-Backward Asymmetry for $B o K^{(*)} \ell^+ \ell^-$

K. Abe|arXiv (Cornell University)|2004. 10. 04.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 KEK의 Belle 실험에서 확보한 데이터를 사용하여 $B \to K^{(*)}\ell^+\ell^-$ 붕괴에서의 차등적 $q^2$ 스펙트럼과 전방-후방 비대칭도를 처음으로 측정한다. 결과는 표준모형 예측과 일치하며, $B \to K^*\ell^+\ell^-$ 붕괴에서의 전방-후방 비대칭도는 현재 통계 정밀도 범위 내에서 표준모형과 잘못된 부호의 $C_7$ 모델 모두에서 유의미한 편차를 보이지 않는다.

ABSTRACT

We report measurements of the differential $q^2$ spectrum and the forward-backward asymmetry for $B o K^{(*)} \ell^+\ell^-$, where $\ell$ represents an electron or a muon, with a data sample of 253 fb$^{-1}$ accumulated on the $Υ(4S)$ resonance with the Belle detector at KEKB. We also present measurements of the branching fractions and their ratios.

연구 동기 및 목표

• 표준모형 예측의 정밀도를 향상시키기 위해 $B \to K^{(*)}\ell^+\ell^-$ 붕괴의 차등적 $q^2$ 스펙트럼을 측정하는 것.
• $B \to K^{*}\ell^+\ell^-$에서 $q^2$에 대한 전방-후방 비대칭도를 결정하는 것. 이는 뉴트론 물리학에 민감한 핵심 관측량이다.
• 특히 표준모형에서 비대칭도가 0이 되는 $B \to K\ell^+\ell^-$ 채널이 통제 샘플로 기능하므로, 표준모형 예측을 데이터와 비교하는 것.
• $q^2$ 구간에 걸쳐 $B \to K\ell^+\ell^-$와 $B \to K^{*}\ell^+\ell^-$의 분해율 측정치를 향상시키는 것.

제안 방법

• KEK의 $e^+e^-$ 콘덴서에서 $\sqrt{s} = 10.52$ GeV에서 작동하는 Belle 검출기에서 확보한 데이터를 사용한다.
• 정점 피팅과 입자 식별을 포함한 운동량 및 위상 구조 재구성 기법을 사용하여 $B \to K^{(*)}\ell^+\ell^-$ 붕괴를 선택한다.
• 검출기 효율성과 분辨도 보정을 적용하여 0에서 24 GeV$^2$까지 6개의 구간으로 $q^2$ 스펙트럼을 측정한다.
• 이벤트를 $B$-메손의 운동 방향 기준으로 전방 및 후방 반구로 나누어 전방-후방 비대칭도를 추출한다.
• 계측기 오차는 재구성 및 선택 기준을 변화시켜 평가하며, 모델 의존성은 다양한 앰플리튜드 모델을 사용하여 평가한다.
• 표준모형과 잘못된 부호의 $C_7$ 모델의 이론적 예측을 데이터와 비교하며, 효율성과 분辨도 영향을 비교에 포함시킨다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 $B \to K^{*}\ell^+\ell^-$의 측정된 $q^2$ 스펙트럼이 표준모형 기대치와 다를까?
• RQ2 $B \to K^{*}\ell^+\ell^-$에서의 전방-후방 비대칭도는 표준모형과 일치하는가, 아니면 잘못된 부호의 $C_7$ 연산자와 같은 뉴트론 물리학의 징후일까?
• RQ3 $B \to K\ell^+\ell^-$와 $B \to K^{*}\ell^+\ell^-$의 측정된 분해율이 다양한 $q^2$ 영역에서 표준모형 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 표준모형에서 비대칭도가 0이 되는 것으로 예상되는 $B \to K\ell^+\ell^-$ 채널이 $B \to K^{*}\ell^+\ell^-$ 분석의 신뢰할 수 있는 통제 샘플로 기능하는 정도는 어느 정도인가?

주요 결과

• $q^2$ 모든 영역에서 $B \to K\ell^+\ell^-$와 $B \to K^{*}\ell^+\ell^-$의 차등적 $q^2$ 스펙트럼이 표준모형 예측과 양호하게 일치한다.
• $B \to K\ell^+\ell^-$에서의 전방-후방 비대칭도는 표준모형에서 예상되는 바와 같이 0과 일치한다.
• $B \to K^{*}\ell^+\ell^-$에서의 전방-후방 비대칭도는 표준모형과 잘못된 부호의 $C_7$ 모델 모두와 일치하지만, 통계적 능력이 부족하여 둘을 구분할 수 없다.
• $[0,4]$ GeV$^2$ 영역에서 $B \to K^{*}\ell^+\ell^-$의 분해율 측정치는 $4.8^{+2.1}_{-1.8} \pm 0.4 \pm 1.2 \times 10^{-7}$이며, 통계 오차, 시스템적 오차, 모델 의존성 오차를 포함한다.
• $[4,8]$ GeV$^2$ 영역에서 $B \to K\ell^+\ell^-$의 분해율 측정치는 $1.43^{+0.32}_{-0.29} \pm 0.07 \pm 0.01 \times 10^{-7}$로, 표준모형 기대치와 일치한다.
• 효율성 보정된 $q^2$ 분포와 비대칭도 측정치는 표준모형에서의 편차를 보이지 않으며, 이 붕괴 모드에서 표준모형의 타당성을 뒷받침한다.