[論文レビュー] Angular Analysis of B -> K*l+l- in BABAR

J. L. Ritchie|arXiv (Cornell University)|Jan 8, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、BABAR実験がΥ(4S)共鳴状態で収集した4億6500万対のB̄B対を用いて、B → K*ℓ+ℓ−崩壊の最終的な予備的角運動量解析を提示している。q²の6つの領域にわたり、長軸偏光分率（FL）とレプトンの前向き-後向き非対称性（AFB）を測定し、標準模型と整合的であり、顕著な新しい物理的信号は観測されなかったが、理論との精確な比較にはより大きなデータセットが必要である。

ABSTRACT

Results from BABAR's full dataset are presented for the angular analysis of the rare decay B -> K*l+l-, where l represents an electron or muon, including measurements of the longitudinal K* polarization and the lepton forward-backward asymmetry.

研究の動機と目的

• 標準模型を超える新しい物理を探索するため、B → K*ℓ+ℓ−崩壊の高精度な角運動量解析を実施すること。
• 二レプトンの不変質量二乗（q²）の関数として、長軸偏光分率（FL）とレプトンの前向き-後向き非対称性（AFB）を測定すること。
• 標準模型の予測、特にq² ≈ 4 GeV²/c⁴近辺でのAFBのゼロ交差点のq²依存性をテストすること。
• b → sℓ+ℓ−遷移における新しい物理的寄与に感受しやすい、モデルに依存しない精密な観測量を提供すること。

提案手法

• K* → Kπを含む9つのサブモードでB → K*ℓ+ℓ−崩壊を再構築し、バックグラウンドを抑制する厳密な選別を実施する。
• モンテカルロシミュレーションで訓練されたバックエントリの意思決定ツリーを用い、イベント形状、頂点、欠落エネルギー変数を用いて半レプトン的BおよびD崩壊を抑制する。
• mES、M(Kπ)、および尤度比（L）の3次元最大尤度フィットを実施し、各q²領域における信号生成数を抽出する。
• 第二のフィットでは、K*の静止系におけるKとBの間の角度cosθKを追加し、FLを角分布から抽出する。式は：(1/Γ) dΓ/dcosθK = (3/2)FL cos²θK + (3/4)(1−FL)(1−cos²θK)。
• 第三のフィットでは、FLを固定し、二レプトン系におけるℓ+とBの間の角度cosθℓを追加してAFBを抽出する。式は：(1/Γ) dΓ/dcosθℓ = (3/4)FL(1−cos²θℓ) + (3/8)(1−FL)(1+cos²θℓ) + AFB cosθℓ。
• モンテカルロテストおよび事前の測定値を持つ制御モード（B → K*J/ψ、B → K*ψ(2S)）を用いて、フィット手法の妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準模型が予測するように、測定されたレプトンの前向き-後向き非対称性（AFB）はq² ≈ 4 GeV²/c⁴近辺でゼロ交差を示すか？
• RQ2 異なるq²領域における長軸偏光分率（FL）の測定値は、標準模型の期待値と整合的か？
• RQ3 観測されたB → K*ℓ+ℓ−崩壊の角分布は、新しい物理的寄与を示す顕著な標準模型からの逸脱を示すか？
• RQ4 測定されたFLおよびAFBの値は、他の実験（Belle、CDF、LHCb）の結果と比較してどうなるか？標準模型の予測と整合的か？

主な発見

• q²領域0.1–2.0 GeV²/c⁴において、長軸偏光分率FLは0.23+0.10−0.09 ± 0.04と測定され、標準模型の期待値と整合的である。
• 同じ領域におけるAFBは0.14+0.15−0.16 ± 0.20と測定され、大きな不確実性を伴い、ゼロからの顕著な逸脱は認められない。
• q²領域2.0–4.3 GeV²/c⁴において、FLは0.15+0.17−0.14 ± 0.04、AFBは0.40+0.18−0.22 ± 0.07と測定され、標準模型の傾向に一致するAFBの上昇が示された。
• 高q²領域（14.2–16.0 GeV²/c⁴）において、FLは0.43+0.10−0.13 ± 0.09に増加し、標準模型の漸近的限界値1に近づき、AFBは0.34+0.08−0.15 ± 0.07と測定された。
• 全q²領域におけるFLおよびAFBの結果は、標準模型の予測（図3のマゼンタ色）と整合的であり、顕著な逸脱は観測されなかった。
• BABAR、Belle、CDF、LHCbの統合データは、互いに良好に一致し、標準模型とも整合的であり、b → sℓ+ℓ−遷移における新しい物理の制約が現在のところ堅固であることを裏付けた。