[論文レビュー] Search for the radiative leptonic decay B+ --> gamma l+ nu

B. Aubert|arXiv (Cornell University)|Apr 11, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、BaBar検出器を用いて、PEP-IIの$Υ(4S)$共鳴状態で得られた23200万個の$B\bar{B}$ペアを用いて、希少な放射性レプトン的崩壊$B^+ \to \gamma \ell^+ \bar{\nu}_\ell$を探索した。測定された部分分岐比は$(-0.3^{+1.3}_{-1.5} \pm 0.6 \pm 0.1) \times 10^{-6}$であり、平坦な振幅事前分布のもとで90%信用区間の上限は$1.7 \times 10^{-6}$であった。これは、フレーバー変換中性荷電現在過程に対してきびしい制約を与える。

ABSTRACT

We present the results of a search for $B^{+} o\gamma \ell^{+} u_{\ell}$, where $\ell = e, \mu$. We use a sample of 232 million $B\bar{B}$ pairs recorded at the $\Upsilon(4S)$ with the BaBar detector at the PEP-II $B$ Factory. We measure a partial branching fraction $\Delta\mathcal{B}$ in a restricted region of phase space that reduces the effect of theoretical uncertainties, requiring the lepton energy to be between 1.875 and 2.850GeV, the photon energy to be between 0.45 and 2.35GeV, and the cosine of the angle between the lepton and photon momenta to be less than -0.36, with all quantities computed in the $\Upsilon(4S)$ center-of-mass frame. We find $\Delta\mathcal{B}(B^{+} o\gamma \ell^{+} u_{\ell}) = (-0.3^{+1.3}_{-1.5} ({stat}) \pm 0.6 ({syst}) \pm 0.1 ({th})) imes 10^{-6}$, assuming lepton universality. Interpreted as a 90% C.L. Bayesian upper limit, the result corresponds to $1.7 imes10^{-6}$ for a prior flat in amplitude, and $2.3 imes10^{-6}$ for a prior flat in branching fraction.

研究の動機と目的

• 標準模型を超える物理を調べるための希少な放射性レプトン的崩壊$B^+ \to \gamma \ell^+ \bar{\nu}_\ell$の探索。
• 運動量空間を明確に定義された領域に制限することで理論的不確実性を低減する。
• 崩壊振幅が非摂動的QCD効果にあまり依存しない部分空間で部分分岐比を測定する。
• レプトンの普遍性を仮定して$\ell = e, \mu$のカップリングが等しいとし、$B^+$崩壊におけるレプトン普遍性をテストする。

提案手法

• PEP-IIの$\Upsilon(4S)$共鳴状態で、BaBar検出器を用いて収集された23200万個の$B\bar{B}$ペアのデータ。
• レプトンエネルギーが1.875〜2.850 GeV、光子エネルギーが0.45〜2.35 GeV、$\Upsilon(4S)$の中心座標系における$\cos\theta_{\ell\gamma} < -0.36$を満たす運動量選択条件。
• 平坦な振幅事前分布と平坦な分岐比事前分布の2種類の事前分布を用いたベイズ解析により、上限を導出。
• 選択基準や検出器応答モデルの変更によって系統的不確実性を評価。
• 理論的依存性（フォーム因子や強い相互作用）を最小限に抑えるために、部分空間を制限して部分分岐比を抽出。
• レプトン普遍性の仮定を導入し、$e$および$\mu$の最終状態を分析で統合。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 明確に定義された部分空間領域における希少崩壊$B^+ \to \gamma \ell^+ \bar{\nu}_\ell$の部分分岐比は何か？
• RQ2 このフレーバー変換中性荷電現在過程における測定された崩壊率は、標準模型の予測とどのように一致するか？
• RQ3 異なるベイズ的事前分布のもとで分岐比の上限は何か？また、それらは解釈にどのように影響を与えるか？
• RQ4 この崩壊モードを通じて、$B^+$崩壊におけるレプトン普遍性のデータはどの程度支持されるか？
• RQ5 非摂動的QCD効果に起因する理論的不確実性は、信号の解釈にどのように影響するか？

主な発見

• 測定された部分分岐比は$(-0.3^{+1.3}_{-1.5} \text{ (統計)} \pm 0.6 \text{ (系統)} \pm 0.1 \text{ (理論)}) \times 10^{-6}$であり、ゼロと整合的である。
• 平坦な振幅事前分布を仮定した90%信用区間のベイズ的上限は$1.7 \times 10^{-6}$であった。
• 分岐比に平坦な事前分布を用いた場合、上限は$2.3 \times 10^{-6}$に増加した。
• 結果は、この希少崩壊モードにおける標準模型の予測と整合的である。
• 高エネルギーのレプトンおよび光子を有する背中合わせの幾何的配置を持つ部分空間に制限することで、理論的不確実性が顕著に低減されたことが示された。
• 顕著な信号は観測されず、上限はこの崩壊における新物理の寄与にきびしい制約を課えた。