[论文解读] Measurement of the photon-energy spectrum in inclusive $B ightarrow X_{s}\gamma$ decays identified using hadronic decays of the recoil $B$ meson in 2019-2021 Belle II data

F. Abudinén, I. Adachi+593 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本文利用2019–2021年Belle II数据中对准反冲B介子的强子标记，测量了包含衰变B → Xsγ中的光子能量谱。该分析报告了高于1.8 GeV阈值的积分分支比，结果与标准模型及世界平均值一致，标志着B介子纯辐射衰变精密研究在Belle II中的关键进展。

ABSTRACT

We measure the photon-energy spectrum in radiative bottom-meson ($B$) decays into inclusive final states involving a strange hadron and a photon. We use SuperKEKB electron-positron collisions corresponding to $189~\mathrm{fb}^{-1}$ of integrated luminosity collected at the $\Upsilon(4S)$ resonance by the Belle II experiment. The partner $B$ candidates are fully reconstructed using a large number of hadronic channels. The $B ightarrow X_s \gamma$ partial branching fractions are measured as a function of photon energy in the signal $B$ meson rest frame in eight bins above $1.8~\mathrm{GeV}$. The background-subtracted signal yield for this photon energy region is $343 \pm 122$ events. Integrated branching fractions for three photon energy thresholds of $1.8~\mathrm{GeV}$, $2.0~\mathrm{GeV}$, and $2.1~\mathrm{GeV}$ are also reported, and found to be in agreement with world averages.

研究动机与目标

• 利用Belle II 2019–2021年数据中对准反冲B介子的强子标记，测量包含衰变B → Xsγ中的光子能量谱。
• 测定在不同光子能量阈值（1.8、2.0和2.1 GeV）下B → Xsγ的积分分支比。
• 通过考虑去卷积和效率修正中逐能区间的相关性，评估系统不确定性。
• 利用Belle II获得的新高统计量数据集，对标准模型在辐射B衰变中的精确性进行检验。

提出的方法

• 通过重建关联B介子的强子末态，利用强子标记识别B → Xsγ衰变。
• 在B介子静止参考系中，利用运动学重建和逐事件能量动量约束，重建光子能量谱。
• 通过在反冲强子系统不变质量和光子能量上进行无箱扩展最大似然拟合，提取信号事例数。
• 通过考虑能区间的相关性，并对探测器效率、重建偏差和背景贡献进行修正，评估系统不确定性。
• 分析使用Belle II软件框架、基于GEANT4的模拟，以及通过EvtGen和PYTHIA生成事例。
• 应用去卷积校正探测器分辨率效应，通过蒙特卡罗模拟和控制样本进行验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 在Belle II 2019–2021年数据中，利用强子标记测量的包含衰变B → Xsγ的光子能量谱为何值？
• RQ2 在光子能量阈值为1.8、2.0和2.1 GeV时，B → Xsγ的积分分支比是多少？
• RQ3 测量的分支比与标准模型预测及世界平均值相比如何？
• RQ4 测量中的主要系统不确定性来源是什么？这些不确定性在能区间之间如何相关？

主要发现

• 对于Eγ > 1.8 GeV的B → Xsγ积分分支比测量结果为3.54 ± 0.78（统计）± 0.83（系统）× 10⁻⁴。
• 对于Eγ > 2.0 GeV，分支比为3.06 ± 0.56（统计）± 0.47（系统）× 10⁻⁴。
• 对于Eγ > 2.1 GeV，分支比为2.49 ± 0.46（统计）± 0.35（系统）× 10⁻⁴。
• 在未进行去卷积和效率修正前，各阈值下的观测信号事例数分别为：1.8 GeV时343 ± 122，2.0 GeV时285 ± 68，2.1 GeV时219 ± 50。
• 结果与标准模型及世界平均值一致，未观察到显著偏离。
• 系统不确定性主要来自探测器效率和背景建模，误差预算中已仔细考虑逐能区间的相关性。