[论文解读] Measurement of the Differential $q^2$ Spectrum and Forward-Backward Asymmetry for $B o K^{(*)} \ell^+ \ell^-$

K. Abe|arXiv (Cornell University)|Oct 4, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

该论文利用KEK的Belle实验数据，首次测量了$B \to K^{(*)}\ell^+\ell^-$衰变的微分$q^2$谱和正向-反向不对称性。结果与标准模型预测一致，其中$B \to K^*\ell^+\ell^-$的正向-反向不对称性在当前统计精度下，既未显示出与标准模型的显著偏离，也未显示出与反号$C_7$模型的显著偏离。

ABSTRACT

We report measurements of the differential $q^2$ spectrum and the forward-backward asymmetry for $B o K^{(*)} \ell^+\ell^-$, where $\ell$ represents an electron or a muon, with a data sample of 253 fb$^{-1}$ accumulated on the $Υ(4S)$ resonance with the Belle detector at KEKB. We also present measurements of the branching fractions and their ratios.

研究动机与目标

• 通过提高精度，测量$B \to K^{(*)}\ell^+\ell^-$衰变的微分$q^2$谱。
• 测量$B \to K^{*}\ell^+\ell^-$中正向-反向不对称性随$q^2$的变化，该可观测量对新物理敏感。
• 将标准模型预测与数据进行对比，特别关注$B \to K\ell^+\ell^-$通道，因其在标准模型中不对称性为零，可作为控制样本。
• 在多个$q^2$区间内改进$B \to K\ell^+\ell^-$和$B \to K^{*}\ell^+\ell^-$的分支比测量。

提出的方法

• 分析使用了KEK的$e^+e^-$对撞机在$\sqrt{s} = 10.52$ GeV能量下运行时，Belle探测器收集的数据。
• 通过运动学和拓扑重建技术（包括顶点拟合和粒子识别）选择重建的$B \to K^{(*)}\ell^+\ell^-$衰变。
• 在0至24 GeV$^2$的六个区间内测量$q^2$谱，并对探测器效率和分辨率进行修正。
• 通过将事件按$B\ell^+\ell^-$静止参考系中$B$介子飞行方向的前后半球划分，提取正向-反向不对称性。
• 通过改变重建和选择标准评估系统误差，并使用不同的幅度模型评估模型依赖性。
• 将标准模型和反号$C_7$模型的理论预测与数据进行比较，比较中包含了效率和分辨率效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 测量的$B \to K^{*}\ell^+\ell^-$的$q^2$谱是否偏离标准模型预期？
• RQ2 $B \to K^{*}\ell^+\ell^-$的正向-反向不对称性是否与标准模型一致，或可能表明存在新物理，如反号$C_7$算符？
• RQ3 $B \to K\ell^+\ell^-$和$B \to K^{*}\ell^+\ell^-$的测量分支比在不同$q^2$区域与标准模型预测相比如何？
• RQ4 $B \to K\ell^+\ell^-$通道在标准模型中预期不对称性为零，其在$B \to K^{*}\ell^+\ell^-$分析中作为可靠控制样本的程度如何？

主要发现

• 在所有$q^2$区间内，$B \to K\ell^+\ell^-$和$B \to K^{*}\ell^+\ell^-$的微分$q^2$谱与标准模型预测高度一致。
• $B \to K\ell^+\ell^-$的正向-反向不对称性与零一致，符合标准模型预期。
• $B \to K^{*}\ell^+\ell^-$的正向-反向不对称性与标准模型及反号$C_7$模型均一致，但当前统计精度尚不足以区分二者。
• $B \to K^{*}\ell^+\ell^-$在$[0,4]$ GeV$^2$区域的分支比测量值为$4.8^{+2.1}_{-1.8} \pm 0.4 \pm 1.2 \times 10^{-7}$，不确定性分别来自统计、系统误差和模型依赖性。
• $B \to K\ell^+\ell^-$在$[4,8]$ GeV$^2$区域的分支比测量值为$1.43^{+0.32}_{-0.29} \pm 0.07 \pm 0.01 \times 10^{-7}$，与标准模型预期一致。
• 经过效率修正的$q^2$分布和不对称性测量结果均未显示出与标准模型的显著偏离，支持了该衰变模式下标准模型的有效性。