[论文解读] B0s Decays and B Hadron Leptonic Decays

R. Van Kooten|ArXiv.org|Jun 2, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 15被引用 3

一句话总结

本文报告了对 $B^0_s$ 粒子衰变为 CP 本征态以及 $B$ 强子的轻子衰变的更新测量结果，结合 Tevatron 和 $B$ 塔实验的数据，确定了 $B^0_s$ 宽度差 $\Delta\Gamma_s$ 的世界平均值，该值与零相差 2.3$\sigma$，且与标准模型一致。此外，Belle 实验首次观测到 $B^+ \to \tau^+ \nu_\tau$ 衰变，实现了对 $f_B|V_{ub}|$ 的首次直接测量。

ABSTRACT

Branching fractions of B^0s decays into specific CP eigenstates are presented, and these and other results are combined in world averages to evaluate implications on the width difference between mass or CP eigenstates, ΔΓ_s. New results on purely leptonic decays of B hadrons from the Tevatron and B factories are also presented.

研究动机与目标

• 利用 CP 本征态的分支比和寿命测量，确定 $B^0_s$ 宽度差 $\Delta\Gamma_s$ 的世界平均值。
• 通过纯轻子衰变（特别是 $B^0_d \to \tau^+\tau^-$ 和 $B^+ \to \tau^+\nu_\tau$）约束新物理，这些过程对标准模型之外的新物理极为敏感。
• 通过观测 $B^+ \to \tau^+ \nu_\tau$ 实现对 $B^+$ 衰变参数 $f_B|V_{ub}|$ 的首次直接测量。
• 利用轻子衰变改进对 CKM 矩阵元 $|V_{ub}|$ 和 $B$-介子衰变常数 $f_B$ 的约束。
• 检验 $\Delta\Gamma_s$ 与标准模型预测的一致性，特别是鉴于其在 $B^0_s$ 混合振幅中对新物理的高度敏感性。

提出的方法

• 利用 CDF、DØ 和 Belle 实验中完全重建的衰变，测量 $B^0_s \to D_s^{(\ast)+}D_s^{(\ast)-}$（CP 偶态终态）的分支比。
• 在假设 $\phi = 0$ 的前提下，利用公式 $\Delta\Gamma_s/\Gamma_s \approx 2Br / (1 - Br/2)$ 提取 $\Delta\Gamma_s$。
• 结合多个实验的 $B^0_s$ 寿命、分支比和 $\Delta m_s$ 测量结果，计算 $\Delta\Gamma_s$ 的世界平均值。
• 在 BaBar 实验数据中，通过完全重建的 $B^0_d$ 衰变和事件拓扑结构，搜索 $B^0_d \to \tau^+\tau^-$，并应用动量和拓扑学切割以分离信号。
• 在 Belle 实验数据中，利用电磁量能器中的过量能量这一信号增强变量，识别 $B^+ \to \tau^+ \nu_\tau$ 衰变。
• 通过拟合过量能量分布，提取信号显著性并测量分支比 $Br(B^+ \to \tau^+ \nu_\tau)$，再利用 HFAG 的世界平均 $|V_{ub}|$ 值将其转换为 $f_B|V_{ub}|$。

实验结果

研究问题

• RQ1 世界平均 $B^0_s$ 宽度差 $\Delta\Gamma_s$ 的值是多少？其与标准模型预测相比如何？
• RQ2 最新纯轻子 $B$ 衰变测量结果如何约束标准模型之外的新物理？
• RQ3 通过观测 $B^+ \to \tau^+ \nu_\tau$ 得到的 $f_B|V_{ub}|$ 的首次直接测量结果是什么？
• RQ4 目前对 $Br(B^0_d \to \tau^+\tau^-)$ 的限制是多少？与标准模型预测相比如何？
• RQ5 $B^0_s$ 衰变为 CP 本征态在多大程度上可作为 $\Delta\Gamma_s$ 的无模型依赖探测手段？

主要发现

• 世界平均 $\Delta\Gamma_s$ 与零相差 2.3$\sigma$，与标准模型预测一致。
• Belle 实验以 4.0$\sigma$ 的显著性首次观测到 $B^+ \to \tau^+ \nu_\tau$，测得分支比为 $(0.106^{+0.034+0.018}_{-0.028-0.016})\%$。
• 该测量结果转化为对 $f_B|V_{ub}|$ 的首次直接测定，结果为 $(7.73^{+1.24+0.066}_{-1.02-0.058}) \times 10^{-4}$ GeV。
• 利用 HFAG 的世界平均 $|V_{ub}|$ 值，本文推导出 $f_B = 0.176^{+0.028+0.020}_{-0.023-0.018}$ GeV，这是该参数的首次直接测量。
• BaBar 实验对 $Br(B^0_d \to \tau^+\tau^-)$ 的限制为 90% 置信水平下小于 $3.4 \times 10^{-3}$，已接近标准模型预测值。
• 利用 $B^0_s \to D_s^{(\ast)+}D_s^{(\ast)-}$ 的分支比测量结果提取 $\Delta\Gamma_s$，其结果与标准模型一致。