[论文解读] b-> s gamma and b-> d gamma (B factories)

Wenfeng Wang|arXiv (Cornell University)|Feb 9, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 6

一句话总结

本文利用 B A B AR 和 Belle 实验的数据，对包含的 $b \to s\gamma$ 和 $b \to d\gamma$ 粒衰变进行了更新的测量。报告了迄今为止最精确的直接 $C\!P$ 异性测量，结果与标准模型一致，并通过分支比的比值独立确定了 $|V_{td}/V_{ts}| = 0.199 \pm 0.022$，在不依赖于独态衰变假设的前提下，为 CKM 矩阵元提供了具有竞争力的约束。

ABSTRACT

The photon spectrum in B->X_{s,d} γdecay, where X_s(d) is any strange (non-strange) hadronic state, is studied using data samples of $e^+e^- ightarrow Υ(4S) o B B-bar decays collected by the Babar and Belle experiments. Here I present the latest measurements of the branching fraction and spectral mo ments from B -> X_s gamma$ decays by Belle and the direct CP asymmetry of B->X_{s+d} gamma measured at Babar. The determination of |V_{td}/V_{ts}|^2$ i also presented.

研究动机与目标

• 利用 B A B AR 和 Belle 实验的数据，提高 $B \to X_s\gamma$ 和 $B \to X_d\gamma$ 衰变的包含分支比测量精度。
• 以迄今为止最高的精度测量直接 $C\!P$ 异性 $A_{CP}(B \to X_{s+d}\gamma)$，以检验标准模型之外的新物理。
• 从包含分支比的比值 $\mathcal{B}(b \to d\gamma)/\mathcal{B}(b \to s\gamma)$ 中提取 $|V_{td}/V_{ts}|$，提供对这一 CKM 矩阵元比值的独立测定。
• 通过确定重夸克展开参数 $m_b$ 和 $\mu_\pi^2$，减少 $V_{cb}$ 和 $V_{ub}$ 提取中的理论不确定性，方法基于光子谱形状。

提出的方法

• 对 $\Delta E^*$ 和 $m_{\rm ES}$ 分布进行二维扩展最大似然拟合，以在多个质量区域中提取 $B \to X_{s,d}\gamma$ 衰变的信号产额。
• 使用效率校正后的部分分支比，并通过考虑缺失末态（包括中性 K 介子、$\omega$ 衰变和高多重态强子末态）将结果外推至包含分支比。
• 通过多种碎片化模型对缺失衰变模式施加系统性修正，将缺失部分的变化范围设为 $\pm 50\%$，以评估其不确定性影响。
• 采用基于 CKM 角 $\beta$ 的模型无关方法，将测得的比值 $\mathcal{B}(b \to d\gamma)/\mathcal{B}(b \to s\gamma)$ 转换为 $|V_{td}/V_{ts}|$，避免依赖于独态衰变模式的假设。
• 利用光子能量谱形状约束重夸克展开参数 $m_b$ 和 $\mu_\pi^2$，从而减少从包含半轻衰变中提取 $V_{cb}$ 和 $V_{ub}$ 时的不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在光子能量范围 1.7–2.8 GeV 内，$B \to X_s\gamma$ 的包含分支比的最精确测量结果是什么？
• RQ2 直接 $C\!P$ 异性 $A_{CP}(B \to X_{s+d}\gamma)$ 是多少？它是否偏离标准模型的预测？
• RQ3 是否可以利用比值 $\mathcal{B}(b \to d\gamma)/\mathcal{B}(b \to s\gamma)$ 独立提取 $|V_{td}/V_{ts}|$，而无需依赖于独态衰变模式？
• RQ4 缺失末态带来的不确定性如何影响包含分支比及 $|V_{td}/V_{ts}|$ 比值的提取？

主要发现

• Belle 实验测得 $B \to X_s\gamma$ 的包含分支比为 $\mathcal{B}(B \to X_s\gamma) = (3.45 \pm 0.15 \pm 0.40) \times 10^{-4}$，对应光子能量 $E_\gamma > 1.7$ GeV。
• B A B AR 实验报告了迄今为止最精确的直接 $C\!P$ 异性测量，其结果 $A_{CP}(B \to X_{s+d}\gamma)$ 与标准模型预测的 $\sim 10^{-6}$ 一致。
• 在质量范围 $M(X) < 2.0$ GeV/$c^2$ 内，包含分支比的比值 $\mathcal{B}(b \to d\gamma)/\mathcal{B}(b \to s\gamma)$ 测量结果为 $0.040 \pm 0.009$（统计）$\pm 0.010$（系统）
• 由此比值推导出 $|V_{td}/V_{ts}| = 0.199 \pm 0.022$（统计）$\pm 0.024$（系统）$\pm 0.002$（理论），提供了具有竞争力且模型无关的测定结果。
• 对缺失衰变模式（特别是非共振态和高多重态末态）的修正引入了高达 50% 的不确定性，该影响通过系统性地改变该参数范围来评估其对最终结果的影响。