[論文レビュー] Updated Search for $B_s o \mu^+$ mu- at CDF

T. Kuhr|arXiv (Cornell University)|Nov 1, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、テバトロンにおけるCDF実験の7 fb⁻¹のデータを用いて、$B_s^0 \to \mu^+\mu^-$の稀な崩壊に対する更新された探索を提示している。最適化されたニューラルネットワーク選別と改善されたバックグラウンド推定を採用した分析では、$B_s^0 \to \mu^+\mu^-$の信号領域にわずかな過剰が観測され、90%信頼水準での測定ブランチング比は$1.8^{+1.1}_{-0.9} \times 10^{-8}$となった。これは標準模型と以前のLHCの結果と整合的である。

ABSTRACT

The decay Bs -> mu+mu- is very sensitive to contributions from new physics processes. Thus the Tevatron and LHC experiments are hunting for an observation of a Bs -> mu+mu- signal. In this article the updated search for Bs -> mu+mu- and B0 -> mu+mu- by the CDF experiment is presented. The CDF result was received with great interest because an excess over the background expectation is seen, although of modest statistical significance and still consistent with the prediction of a standard model signal and other experimental results.

研究の動機と目的

• 標準模型を超える新しい物理に非常に敏感な、稀なフレーバー変換中性荷電現在崩壊$B_s^0 \to \mu^+\mu^-$を探索すること。
• 統合された光度を2 fb⁻¹から7 fb⁻¹に増加させ、信号対バックグラウンドの識別を強化することで、以前のCDF結果よりも感度を向上させること。
• 観測されたデータが$B_s^0 \to \mu^+\mu^-$および$B^0 \to \mu^+\mu^-$崩壊における標準模型の予測と整合しているかどうかを検証すること。
• 観測された$B_s^0 \to \mu^+\mu^-$信号領域における小さな過剰の有意性を評価し、それが統計的フラクチュエーションか、あるいは新たな物理の兆候かを特定すること。

提案手法

• 分析は、陽子-陽子反応器であるテバトロンからの7 fb⁻¹のデータを用い、中央（CC）および前方（CF）のミュオン対によるトリガーを介した二ミュオンイベントを対象としている。
• 信号の受容率を最適化し、組み合わせ的およびハドロン誤識別バックグラウンドを抑制するために、14個の入力変数を持つニューラルネットワークを、シミュレートされた信号およびバックグラウンド事象でトレーニングしている。
• バックグラウンド推定は、組み合わせ的バックグラウンドに対して質量サイドバンドからの線形外挿法を用い、ハドロンバックグラウンドに対してはD⁰ → K⁻π⁺崩壊からの測定済み誤識別率と運動量シミュレーションを組み合わせている。
• データは二重ミュオンインヴァリエント質量およびニューラルネットワーク出力ごとにビニングされ、期待される上限を最適化する。各ビンにおけるバックグラウンド率と信号効率が別々に計算されている。
• 系統的不確実性は、同符号電荷、負の崩壊時間、緩いミュオン識別を用いたコントロールサンプルを用いて検証されている。
• 信号正規化は$B^+ \to J/\psi K^+$崩壊を用い、効率補正はシミュレーションとデータ駆動型測定から導出されている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高次元の新物理に非常に感受しやすいこの崩壊$B_s^0 \to \mu^+\mu^-$が、CDFデータに証拠として現れるか？
• RQ2 観測された$B_s^0 \to \mu^+\mu^-$信号領域における過剰はどの程度有意であり、標準模型の予測と整合的か？
• RQ3 測定された$B_s^0 \to \mu^+\mu^-$のブランチング比は何か？ そして、以前の実験や理論的予測と比較するとどうなるか？
• RQ4 観測された過剰は、誤識別されたハドロンや組み合わせ的バックグラウンドといった系統的要因に起因している可能性があるか、それとも主に統計的フラクチュエーションの可能性が高いか？

主な発見

• 分析では、95%信頼水準での上限として$B(B^0 \to \mu^+\mu^-) < 6.0 \times 10^{-9}$が報告され、標準模型の予測と整合的である。
• $B_s^0 \to \mu^+\mu^-$信号領域では、ニューラルネットワーク出力の最も高いビンにわずかな過剰が観測され、バックグラウンドのみの仮説の下でのp値は0.27%であった。
• 標準模型の寄与を含めた場合、p値は1.9%に上昇し、過剰は新物理信号ではなく統計的フラクチュエーションによる可能性が高いと示唆している。
• 測定されたブランチング比は、90%信頼水準で$B(B_s^0 \to \mu^+\mu^-) = 1.8^{+1.1}_{-0.9} \times 10^{-8}$であり、標準模型の予測値$3.2 \times 10^{-9}$と整合的である。
• この結果は、CMSおよびLHCbの90%信頼水準での上限と一致しており、テバトロンとLHCの結果の整合性を強化している。
• コントロールサンプルを用いたバックグラウンド推定の妥当性確認により、信号領域に顕著な系統的バイアスが存在しないことが確認された。