[论文解读] Determination of the Branching Fraction for Inclusive Decays B -> X_{s} gamma

B. Aubert, Collaboration, BaBar|arXiv (Cornell University)|Jul 25, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 30

一句话总结

本文利用SLAC的B A B AR实验收集的6000万对$B\bar{B}$，对稀有电磁辐射B介子衰变$B \to X_s\gamma$的包含分支比进行了精确测量。通过用轻子标记一个$B$介子并从另一个$B$介子中选择高能光子，该分析在不引入依赖模型的效率修正的情况下减少了背景，得到初步分支比为$(3.88 \pm 0.36_{ ext{stat}} \pm 0.37_{ ext{syst}} \pm^{0.43}_{0.23}\text{model}) \times 10^{-4}$，与标准模型预测一致，并对新物理贡献施加了约束。

ABSTRACT

We present a preliminary determination of the inclusive branching fraction for the rare radiative penguin transition B -> X_{s} gamma. The measurement is based on a data sample of 60 million BB pairs collected between 1999 and 2001 with the BaBar detector at the PEPII asymmetric-energy e+e- B Factory at SLAC. We study events containing a high-energy photon from one B (or Bbar) decay and a tagging primary lepton from the decay of the other B meson. By this means, we are able to reduce a significant component of the background without introduction of model dependent uncertainties in the event selection efficiency. We determine the branching fraction BR(B->X_{s} gamma)=3.88 +-0.36(stat.)+-0.37(sys.) +0.43-0.23(model.)x10^{-4}, which is consistent with Standard Model predictions and provides a constraint on possible new physics contributions to the electromagnetic penguin amplitude in B decays.

研究动机与目标

• 为了以高精度测定稀有电磁辐射衰变$B \to X_s\gamma$的包含分支比。
• 为了在不引入依赖模型的效率修正的情况下，减少信号区域的背景污染。
• 为了约束新物理对$B$衰变中电磁penguin振幅的可能贡献。
• 为了利用来自PEP-II的大量$B\bar{B}$数据集，提高分支比测量的精度。

提出的方法

• 该分析使用了B A B AR探测器在PEP-II$e^+e^-$对撞机上收集的6000万对$B\bar{B}$事例。
• 通过识别一个$B$衰变产生的高能光子和另一个$B$介子产生的标记轻子来选择事件，从而实现高效的背景抑制。
• 信号区域定义为$2.1 < E^*_{\gamma} < 2.7\,\text{GeV}$，其中$E^*_{\gamma}$为$B$介子静止参考系中的光子能量。
• 通过控制区域估算背景贡献，特别是来自$B\bar{B}$事例的背景，并利用蒙特卡罗模拟进行验证。
• 在减去估计的背景后，从$E^*_{\gamma}$谱中提取信号事例数，包括一个微小的$b \to d\gamma$成分。
• 最终分支比通过基于$|V_{td}/V_{ts}|^2$的模型依赖性缩放因子，对探测器效率和$b \to d\gamma$污染进行修正。

实验结果

研究问题

• RQ1 B \to X_s\gamma$的包含分支比的确切值是什么？
• RQ2 如何在不依赖模型依赖性效率假设的情况下，抑制来自$B\bar{B}$事例的背景？
• RQ3 测量得到的分支比与下一阶近似标准模型预测的符合程度如何？
• RQ4 该测量对电磁penguin振幅中新物理贡献施加了何种约束？

主要发现

• 测量得到的$B \to X_s\gamma$分支比为$(3.88 \pm 0.36_{\text{stat}} \pm 0.37_{\text{syst}} \pm^{0.43}_{0.23}\_{\text{model}}) \times 10^{-4}$。
• 结果与下一阶近似标准模型预测一致，未显示显著偏离。
• 统计不确定度为$0.36 \times 10^{-4}$，系统不确定度为$0.37 \times 10^{-4}$。
• 模型依赖性不确定度为$^{+0.43}_{-0.23} \times 10^{-4}$，反映了基于Kagan-Neubert模型的理论输入，其中$m_b = 4.80\,\text{GeV}/c^2$。
• 在$2.1 < E^*_{\gamma} < 2.7\,\text{GeV}$区域，背景减除后的净信号事例数为543个。
• 该分析表明，系统不确定度目前受限于$B\bar{B}$背景控制样本的大小，其规模与信号样本成比例。