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

K. Abe|arXiv (Cornell University)|Oct 4, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、KEKに設置されたBelle実験のデータを用いて、$B \to K^{(*)}\ell^+\ell^-$崩壊における微分的 $q^2$ スペクトルおよび前後非対称性の初回測定を報告する。結果は標準模型（SM）の予測と整合的であり、$B \to K^*\ell^+\ell^-$における前後非対称性は、現在の統計的精度の範囲でSMおよび誤った符号の $C_7$ モデルの両者と有意なずれを示さない。

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.

研究の動機と目的

• B \to K^{(*)}\ell^+\ell^-\$ 崩壊の微分的 $q^2$ スペクトルを、より高い精度で測定すること。
• B \to K^{*}\ell^+\ell^-$ における $q^2$ 依存の前後非対称性を測定し、新物理に敏感な主要な観測量を特定すること。
• 特に、標準模型（SM）で非対称性が消えると予想される $B \to K\ell^+\ell^-$ チャネルを制御サンプルとして用い、SMの予測とデータを比較すること。
• 複数の $q^2$ バインで $B \to K\ell^+\ell^-$ および $B \to K^{*}\ell^+\ell^-$ の分岐比を改善して測定すること。

提案手法

• KEKの $e^+e^-$ コライダーで $\sqrt{s} = 10.52$ GeV で稼働する Belle 計器が収集したデータを用いる。
• 運動量およびトポロジーの再構成技術（頂点フィッティングおよび粒子識別を含む）を用いて、$B \to K^{(*)}\ell^+\ell^-$ 崩壊を抽出する。
• $q^2$ スペクトルは 0 から 24 GeV$^2$ の6つのビンに分けられ、検出器の効率およびエネルギー分解能の補正が施されている。
• 前後非対称性は、$B\ell^+\ell^-$ の静止系において $B$ メソンの飛行方向を基準に、イベントを前向きおよび後向きの半球に分割することで抽出される。
• 系統的不確実性は、再構成および選択基準を変化させることで評価され、モデル依存性は異なるアモルプスモデルを用いて評価される。
• 理論的予測（標準模型および誤った符号の $C_7$ モデル）をデータと比較するが、この比較には効率および分解能効果が組み込まれている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 測定された $B \to K^{*}\ell^+\ell^-$ の $q^2$ スペクトルは、標準模型の予測から有意にずれているか？
• RQ2 $B \to K^{*}\ell^+\ell^-$ における前後非対称性は、標準模型と整合的であるか、あるいは誤った符号の $C_7$ 演算子のような新物理の兆候を示唆するか？
• RQ3 $B \to K\ell^+\ell^-$ および $B \to K^{*}\ell^+\ell^-$ の測定分岐比は、異なる $q^2$ 範囲において標準模型の予測とどのように一致するか？
• RQ4 $B \to K\ell^+\ell^-$ チャネルは、標準模型で非対称性がゼロになると予想されるが、$B \to K^{*}\ell^+\ell^-$ 分析の信頼できる制御サンプルとして適切であるか？

主な発見

• すべての $q^2$ ビンにおいて、$B \to K\ell^+\ell^-$ および $B \to K^{*}\ell^+\ell^-$ の微分的 $q^2$ スペクトルは、標準模型の予測と良好に一致している。
• $B \to K\ell^+\ell^-$ における前後非対称性は、標準模型の予測通りゼロと一致している。
• $B \to K^{*}\ell^+\ell^-$ における前後非対称性は、標準模型および誤った符号の $C_7$ モデルの両者と整合的であるが、統計的精度が低いため、両者を区別することはできない。
• $[0,4]$ GeV$^2$ 範囲における $B \to K^{*}\ell^+\ell^-$ の分岐比は $4.8^{+2.1}_{-1.8} \pm 0.4 \pm 1.2 \times 10^{-7}$ であり、統計的不確実性、系統的不確実性、およびモデル依存性の不確実性を含む。
• $[4,8]$ GeV$^2$ 範囲における $B \to K\ell^+\ell^-$ の分岐比は $1.43^{+0.32}_{-0.29} \pm 0.07 \pm 0.01 \times 10^{-7}$ と測定され、標準模型の予測と整合的である。
• 効率補正済みの $q^2$ 分布および非対称性測定は、標準模型からの有意なずれを示さず、この崩壊モードにおける標準模型の妥当性を支持する。