[论文解读] Evidence for the Flavor Changing Neutral Current Decays B to K l+ l- and B to K* l+ l-

B. Aubert|Science and Technology Facilities Council|Jul 25, 2002

Ionosphere and magnetosphere dynamics参考文献 1被引用 7

一句话总结

本论文利用在 PEP-II 的 Υ(4S) 共振态下采集的 8440 万对 B̄B 粒子，通过 BaBar 探测器获得了稀有味改变中性流衰变 $B \to K\ell^+\ell^-$ 和 $B \to K^*\ell^+\ell^-$ 的初步证据。观测到 $B \to K\ell^+\ell^-$ 的信号，显著性为 $4.4\sigma$，分支比为 $(0.78^{+0.24+0.11}_{-0.20-0.18}) \times 10^{-6}$；而 $B \to K^*\ell^+\ell^-$ 显示出 $2.8\sigma$ 的过量，中心值为 $(1.68^{+0.68}_{-0.58}\pm 0.28) \times 10^{-6}$，90% 置信水平上限为 $3.0 \times 10^{-6}$。

ABSTRACT

We present preliminary results from a search for the rare, flavor-changing neutral current decays B to K l+ l- and B to K* l+ l-, where l+ l- is either an e+ e- or mu+ mu- pair. The data sample comprises (84.4 +- 0.9) X 10e6 upsilon(4S) to B B-bar decays (77.8 /fb) collected with the BaBar detector at the PEP-II B factory. For B to K l+ l-, we observe a signal with estimated significance of 4.4 sigma and obtain B(B to K l+ l-) = (0.78 +0.24 -0.20 +0.11 -0.18) X 10e-6 (averaged over l = e and mu). For B to K* l+ l-, we observe an excess of events over background with estimated significance of 2.8 sigma. We obtain B(B to K* l+ l-) = (1.68 +0.68 -0.58 +-0.28) X 10e-6 and the 90% C.L. upper limit B(B to K* l+ l-) < 3.0 X 10e-6.

研究动机与目标

• 搜索在标准模型中高度抑制的稀有味改变中性流衰变 $B \to K\ell^+\ell^-$ 和 $B \to K^*\ell^+\ell^-$。
• 利用来自 $\Upsilon(4S)$ 共振态的大量 $B\bar{B}$ 对数据样本测量这些衰变的分支比。
• 检验测量得到的分支比与标准模型预测以及先前实验结果的一致性。
• 在考虑探测器和分析框架系统不确定性的前提下，评估观测信号的显著性。

提出的方法

• 数据通过 PEP-II $B$-工厂上的 BaBar 探测器采集，对应积分亮度为 77.8 fb$^{-1}$。
• 通过识别末态中的奇异夸克和 $\ell^+\ell^-$ 对，重建 $B \to K\ell^+\ell^-$ 和 $B \to K^*\ell^+\ell^-$ 衰变。
• 在 $\ell^+\ell^-$ 不变量质量谱中定义信号区域，背景通过边带区域和蒙特卡罗模拟估算。
• 使用带轮廓似然法评估信号显著性，同时考虑统计和系统不确定性。
• 通过未分箱的最大似然拟合方法，从 $B$ 事例的不变质量分布中提取分支比。
• 对 $K^*$ 模式应用 1.2 的校正因子，以考虑 $B \to K^* e^+e^-$ 与 $B \to K^* \mu^+\mu^-$ 分支比之比，基于探测器效率和接受度。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否存在 $B \to K\ell^+\ell^-$ 稀有衰变的证据，该衰变通过味改变中性流发生，且在标准模型中高度抑制？
• RQ2 所测量的 $B \to K\ell^+\ell^-$ 分支比是多少？其与理论预测和先前测量结果相比如何？
• RQ3 $B \to K^*\ell^+\ell^-$ 衰变是否显示出显著信号？其对标准模型之外的新物理有何启示？
• RQ4 系统不确定性如何影响这些稀有衰变的显著性和分支比估计？
• RQ5 观测到的信号在不同数据子集之间是否一致，特别是将更大的 77.8 fb$^{-1}$ 数据样本与早期较小的数据集进行比较时？

主要发现

• $B \to K\ell^+\ell^-$ 的信号以 $4.4\sigma$ 的显著性被观测到，表明该观测具有高度置信度。
• 所测量的 $B \to K\ell^+\ell^-$ 分支比为 $(0.78^{+0.24+0.11}_{-0.20-0.18}) \times 10^{-6}$，覆盖 $\ell = e$ 和 $\mu$ 的平均值。
• $B \to K^*\ell^+\ell^-$ 衰变显示出 $2.8\sigma$ 的背景过量，中心值为 $(1.68^{+0.68}_{-0.58}\pm 0.28) \times 10^{-6}$。
• $B \to K^*\ell^+\ell^-$ 的 90% 置信水平上限为 $3.0 \times 10^{-6}$，与中心值和标准模型预期一致。
• 所测量的 $B \to K\ell^+\ell^-$ 分支比高于 Ali 等人的预测值 $(0.35 \pm 0.12) \times 10^{-6}$，但与 Belle 实验的测量值 $(0.75^{+0.25}_{-0.21}\pm 0.09) \times 10^{-6}$ 一致。
• 一致性检查显示，若真实值等于新结果，则在早期 20.7 fb$^{-1}$ 数据集中观测到更小产量的概率为 3%（1.9σ），表明数据子集之间无显著不一致。