[논문 리뷰] Search for B -> tau nu and B -> K nu nubar Decays with a Fully Reconstructed B at Belle

K. Abe|arXiv (Cornell University)|2005. 07. 08.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 KEK의 Belle 실험에서 완전히 재구성된 B 메손 샘플을 사용하여 희귀 B⁻ → τ⁻ν̄ 및 B⁻ → K⁻νν̄ 붕괴에 대해 현재까지 가장 엄격한 상한을 제시한다. 체계적 불확실성 스메어링을 적용한 베이지안 우도 분석을 통해 다수의 붕괴 모드를 통합함으로써, 90% 신뢰수준에서 각각 1.8 × 10⁻⁴ 및 3.6 × 10⁻⁵의 상한을 설정하였으며, 이는 이중 힉스 이중체 모델과 같은 모델에서의 새로운 물리학을 제약한다.

ABSTRACT

We present a search for the decays B -> tau nu and B -> K nu nubar in a 253 fb^-1 data sample collected at the Upsilon(4S) resonance with the Belle detector at the KEKB asymmetric energy B factory. Combinatorial and continuum backgrounds are suppressed by selecting a sample of events with one fully reconstructed B. The decay products of the B on the other side of the event are analyzed to search for B -> tau nu and B -> K nu nubar decays. We find no significant evidence for a signal and set 90% confidence level upper limits of B(B -> tau nu) < 1.8*10^-4 and B(B -> K nu nubar) < 3.6*10^-5.

연구 동기 및 목표

• Belle 실험에서 완전히 재구성된 B 샘플을 사용하여 희귀 B 메손 붕괴 B⁻ → τ⁻ν̄ 및 B⁻ → K⁻νν̄를 탐색한다.
• 현재까지 가장 엄격한 상한을 이 희귀 붕괴의 분해율에 대해 설정한다.
• 이중 힉스 이중체 모델을 포함한 새로운 물리학 모델을 제약하기 위해 (mH⁺, tanβ) 평면에서 배제 한계를 유도한다.
• 우도 분석에서 상관 및 비상관 체계적 불확실성을 가우시안 스메어링 기법을 통해 처리한다.

제안 방법

• 관측된 데이터에서 신호 및 배경 기여를 포함한 베이지안 우도 함수를 구성한다.
• 체계적 불확실성을 각 우도 함수의 점을 그 점을 중심으로 하되 폭 ΔB가 체계적 연구로부터 유도된 가우시안 분포로 대체함으로써 처리한다.
• 다양한 붕괴 모드 간 상관 체계적 불확실성은 동일한 난수를 각 소스에 대해 추출하여 처리함으로써 표본 간 일관된 스메어링을 보장한다.
• 다섯 개의 B⁻ → τ⁻ν̄ 붕괴 모드에 대한 우도 함수는 상관관계가 적절히 모델링된 상태에서 곱셈으로 통합된다.
• B⁻ → K⁻νν̄의 경우 총 체계적 불확실성을 사용하여 우도를 스메어링하고, 스메어링된 우도의 곱으로 최종 우도를 얻는다.
• 최종 상한은 스메어링된 우도 함수의 90% 신뢰수준에서 유도된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 희귀 붕괴 B⁻ → τ⁻ν̄의 분해율에 대한 상한은 무엇인가?
• RQ2 희귀 붕괴 B⁻ → K⁻νν̄의 분해율에 대한 상한은 무엇인가?
• RQ3 측정된 상한은 이중 힉스 이중체 모델의 매개변수 공간을 어떻게 제약하는가?
• RQ4 상관 체계적 불확실성은 최종 분해율 상한에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 결과는 LEP, 테바트론 및 BABAR에서의 이전 실험적 탐색과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• B⁻ → τ⁻ν̄의 90% 신뢰수준 분해율 상한은 1.8 × 10⁻⁴이며, 현재까지 가장 엄격한 상한이다.
• B⁻ → K⁻νν̄의 90% 신뢰수준 분해율 상한은 3.6 × 10⁻⁵이며, 이 역시 현재까지 가장 엄격한 상한이다.
• B⁻ → τ⁻ν̄의 상한은 이중 힉스 이중체 모델의 (mH⁺, tanβ) 매개변수 공간을 제약하며, 큰 tanβ와 경량의 채워진 힉스 보손을 가진 영역을 배제한다.
• 우도 기반 상한 추정에서 상관 및 비상관 체계적 불확실성의 스메어링 기법의 효과성을 입증한다.
• 결과는 이전 LEP, 테바트론 및 BABAR 실험의 상한과 일치하며, 이를 향상시킨다.
• 이 연구는 완전히 재구성된 B 메손을 사용하여 고정밀도로 희귀 B 붕괴를 탐색할 수 있는 Belle 실험의 강건성을 확인한다.