[论文解读] Evidence for the Electroweak Penguin Decay $B o X_{s}\ell^{+}\ell^{-}$}

Kazuo Abe|ArXiv.org|Jul 26, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本论文基于KEKB上Belle实验采集的29.5 fb$^{-1}$数据，提供了电弱penguin衰变$B \to K\mu^+\mu^-$的证据。测得的分支比为${\cal B}(B \to K\mu^+\mu^-) = (0.99^{+0.39}_{-0.32}{}^{+0.13}_{-0.15}) \times 10^{-6}$，与标准模型预测一致，并对其他$B \to X_s\ell^+\ell^-$衰变模式设定了严格的90%置信水平上限。

ABSTRACT

We report a search for the flavor-changing neutral current decay $B o X_{s} \ell^{+} \ell^{-}$ using a 29.5 fb$^{-1}$ data sample accumulated at the $Υ(4S)$ resonance with the Belle detector at the KEKB $e^{+}e^{-}$ storage ring. We observe evidence for $B o Kμ^+μ^-$ and report the preliminary branching fraction of ${\cal B}(B o K μ^{+} μ^{-}) = (0.99^{+0.39}_{-0.32}^{+0.13}_{-0.15}) imes 10^{-6}$. We also set the following 90% confidence level upper limits on the branching fractions for exclusive and inclusive decays, ${\cal B}(B o K e^{+} e^{-}) < 1.2 imes 10^{-6}$, ${\cal B}(B o K^*(892) e^{+} e^{-}) < 5.1 imes 10^{-6}$, ${\cal B}(B o K^*(892) μ^{+} μ^{-}) < 3.0 imes 10^{-6}$, ${\cal B}(B o X_{s} e^{+} e^{-}) < 10.1 imes 10^{-6}$, ${\cal B}(B o X_{s} μ^{+} μ^{-}) < 19.1 imes 10^{-6}$.

研究动机与目标

• 搜索标准模型中树图级禁戒的味改变中性流衰变$B \to X_s\ell^+\ell^-$，该过程可通过圈图对新物理敏感。
• 利用来自$\Upsilon(4S)$共振态的大数据样本，测量专属衰变$B \to K\mu^+\mu^-$的分支比。
• 对各种专属和包容性$B \to X_s\ell^+\ell^-$衰变模式，设定90%置信水平的分支比上限。
• 检验标准模型对电弱penguin过程的预测，并探测新物理贡献的可能。

提出的方法

• 利用KEKB上的Belle探测器，在$\Upsilon(4S)$共振态下收集的29.5 fb$^{-1}$ $e^+e^-$碰撞数据进行分析。
• 基于$M_{bc}$的拟合方法提取$B \to K\ell^+\ell^-$和$B \to K^*\ell^+\ell^-$模式的信号事例数，通过运动学重建分离信号与背景。
• 采用Feldman和Cousins的统一方法计算信号事例数的90%置信水平上限，使用效率和背景的保守估计。
• 结合蒙特卡罗模拟与数据驱动技术，对$M_{bc}$和$q^2$分布中的信号与背景成分进行建模。
• 对专属模式（如$K\mu^+\mu^-$、$K^*\mu^+\mu^-$）和包容性模式（$X_s\ell^+\ell^-$）分别进行分析，以覆盖完整的相空间。
• 报告了具有统计与系统学不确定度的信号事例数，并推导出相应的分支比和上限。

实验结果

研究问题

• RQ1 在Belle数据样本中，是否存在电弱penguin衰变$B \to K\mu^+\mu^-$的证据？
• RQ2 $B \to K\mu^+\mu^-$的测量分支比是多少？与标准模型预期相比如何？
• RQ3 对$B \to Ke^+e^-$、$B \to K^*\ell^+\ell^-$和$B \to X_s\ell^+\ell^-$衰变，90%置信水平的分支比上限是多少？
• RQ4 对$B \to X_s\ell^+\ell^-$模式的测量值或上限是否与标准模型预测一致？
• RQ5 这些结果如何约束圈图诱导的FCNC过程中新物理的可能贡献？

主要发现

• Belle合作组在$B \to K\mu^+\mu^-$衰变中观测到4.76个标准差的证据。
• 初步测量的$B \to K\mu^+\mu^-$分支比为$(0.99^{+0.39}_{-0.32}{}^{+0.13}_{-0.15}) \times 10^{-6}$，与标准模型预测一致。
• 对$B \to Ke^+e^-$的90%置信水平上限为${\cal B}(B \to Ke^+e^-) < 1.2 \times 10^{-6}$。
• 对$B \to K^*\mu^+\mu^-$的上限为${\cal B}(B \to K^*\mu^+\mu^-) < 3.0 \times 10^{-6}$（90%置信水平）。
• 对包容衰变$B \to X_s\mu^+\mu^-$的上限为${\cal B}(B \to X_s\mu^+\mu^-) < 19.1 \times 10^{-6}$（90%置信水平）。
• 所有报告的上限均接近标准模型预测，表明未观测到与预期行为的显著偏离。