[论文解读] Measurement of the B->Xsl+l- branching fraction from a sum of exclusive final states

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

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 26

一句话总结

本研究通过将包含粲夸克和轻子的10种不同末态的专属衰变模式相加，测量了稀有B→Xsl+l−衰变的包容分支分数。结果为BF(B→Xsl+l−) = (6.73 ± 0.70⁻⁰.⁶⁴(stat) ± 0.34⁻⁰.²⁵(exp syst) ± 0.50(model syst))×10⁻⁶（当m(l+l−)² > 0.1 GeV²/c⁴时），通过从专属末态外推，实现了对包容率的精确测定。

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.

研究动机与目标

• 测量味改变中性流衰变B→Xsl+l−的包容分支分数，该衰变对标准模型之外的物理敏感。
• 通过将专属末态相加而非依赖理论外推，降低包容率测定中的模型依赖性。
• 通过使用全面的重建强子末态集合，提高B→Xsl+l−分支分数测定的精度。
• 量化实验和模型相关系统误差对包容分支分数测量的影响。

提出的方法

• 利用BaBar探测器在PEP-II上收集的471×10⁶个Upsilon(4S)→BB̄事例重建B介子。
• 通过组合轻子对（e⁺e⁻或μ⁺μ⁻）与包含一个奇异夸克、最多两个带电π介子及至多一个π⁰的10种专属强子末态，识别B→Xsl+l−衰变。
• 通过将所有专属Xs末态相加来定义包容率，以最大限度减少对理论模型的依赖。
• 应用运动学和拓扑约束条件重建B介子，并以高纯度选择信号事例。
• 在轻子对和强子系统质量上进行分箱分析，提取部分分支分数并外推至完全包容率。
• 通过联合拟合提取总分支分数，同时考虑统计和系统误差。

实验结果

研究问题

• RQ1 当通过专属末态之和重建包容率时，B→Xsl+l−衰变的总分支分数是多少？
• RQ2 不同轻子对和强子系统质量箱中的部分分支分数如何变化？
• RQ3 实验和模型相关系统误差对包容分支分数测量的影响是什么？
• RQ4 在不进行显著理论外推的情况下，通过专属模式之和可靠估计包容率的程度如何？

主要发现

• B→Xsl+l−的轻子味平均包容分支分数测量结果为(6.73 ± 0.70⁻⁰.⁶⁴(stat) ± 0.34⁻⁰.²⁵(exp syst) ± 0.50(model syst))×10⁻⁶（当m(l+l−)² > 0.1 GeV²/c⁴时）。
• 统计误差为±0.70⁻⁰.⁶⁴，反映了数据样本精度和重建效率。
• 实验系统误差为±0.34⁻⁰.²⁵，主要来自探测器标定和背景建模。
• 模型相关系统误差为±0.50，源于外推方法和强子末态假设。
• 通过使用全面的专属末态集合，测量实现了高纯度，减少了对理论预测的依赖。
• 该结果为检验标准模型预测和约束稀有B衰变中的新物理提供了基准。