[论文解读] Review of experimental results on rare radiative, semileptonic and leptonic B decays

Thomas Schietinger|ArXiv.org|May 17, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本综述综合了B工厂在稀有电磁衰变、半轻衰变和纯轻子衰变方面的实验结果，重点介绍了对 $b\to s\gamma$、$b\to s\ell^+\ell^-$ 以及纯轻子衰变的精确测量。结果表明与标准模型一致，对新物理施加了约束，并凸显了这些衰变作为味物理和CKM参数清洁探针的作用。

ABSTRACT

We review recent experimental progress in the domain of rare radiative, semileptonic and leptonic B decays. The statistical precision attained for these decays has reached a level where they start to impose meaningful constraints on the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa matrix, which are complementary to those obtained from hadronic decays. While the current data indicate no deviations from Standard Model predictions, there is still some room for new physics in these decays.

研究动机与目标

• 总结利用B工厂数据在稀有电磁衰变、半轻衰变和纯轻子B衰变方面的最新实验进展。
• 评估这些衰变对标准模型之外新物理的敏感性。
• 提供更新的分支比测量值和限制，特别是针对 $B\to\mu^+\mu^-$、$B\to\tau^+\tau^-$ 和 $B\to\nu\bar{\nu}$。
• 评估这些衰变在约束CKM矩阵元，尤其是 $|V_{ub}|$ 和 $|V_{td}/V_{ts}|$ 方面的作用。
• 考察光子能量谱和CP不对称性在探测底夸克动力学及新物理方面的潜力。

提出的方法

• 利用在 $\Upsilon(4S)$ 共振态下运行的B A B AR 和 Belle $B$ 工厂的数据，积分亮度最高达120M $B\bar{B}$ 对。
• 采用完全包含和半包含分析技术提取 $b\to s\gamma$ 分支比，通过事件形状和能量流变量实现背景抑制。
• 在包含分析中使用轻子标记技术，以提高信号与背景之比并减少连续态背景。
• 基于同位旋对称性和蒙特卡罗模拟，对半包含 $b\to s\gamma$ 测量中未观测到的独态模式进行外推。
• 使用形状函数模型校正低能光子外推，系统误差已量化。
• 利用事件重建和缺失能量技术，对 $B^0\to\mu^+\mu^-$、$B^0\to\nu\bar{\nu}$ 和 $B^0\to\gamma\gamma$ 等稀有衰变施加模型无关的限制。

实验结果

研究问题

• RQ1 包含式 $b\to s\gamma$ 分支比的当前精度如何？其对新物理的约束能力如何通过威尔逊系数 $C_7$ 体现？
• RQ2 $b\to s\gamma$ 中测量的CP不对称性与标准模型预测的偏离程度如何？
• RQ3 对纯轻子B衰变如 $B^+\to\tau^+\nu_\tau$、$B^0\to\mu^+\mu^-$ 和 $B^0\to\nu\bar{\nu}$ 的最严格实验限制是什么？
• RQ4 如 $B\to K^*\ell^+\ell^-$ 这类稀有半轻衰变如何探测威尔逊系数和CKM参数？
• RQ5 $b\to s\gamma$ 中的光子能量谱是否能提供关于底夸克质量及其在B介子内部动力学的信息？

主要发现

• 包含式 $b\to s\gamma$ 分支比测量结果为 $\mathcal{B}(b\to s\gamma) = 355 \pm 24^{+9}_{-10} \pm 3 \times 10^{-6}$，与标准模型预测值 $357 \pm 30 \times 10^{-6}$ 非常一致。
• B A B AR 测得的 $b\to s\gamma$ CP不对称性为 $A_{CP} = (2.5 \pm 5.0 \pm 1.5)\%$，Belle 测得为 $(0.2 \pm 5.0 \pm 3.0)\%$，均与零一致，符合标准模型预期。
• B A B AR 对 $B^0\to\mu^+\mu^-$ 的限制为 $<0.083 \times 10^{-6}$，在顶夸克对撞机联合分析中进一步收紧至 $<0.032 \times 10^{-6}$，对超对称模型构成约束。
• B A B AR 对 $B^0\to\nu\bar{\nu}$ 的限制为 $<220 \times 10^{-6}$，基于126,000个 $B\to D^{(*)}\ell\nu$ 事例，对辐射模式 $B^0\to\nu\bar{\nu}\gamma$ 的限制为 $<47 \times 10^{-6}$。
• Belle 对 $B^0\to\gamma\gamma$ 的限制为 $<0.62 \times 10^{-6}$，基于1.11亿个 $B\bar{B}$ 对，仍约为标准模型预测值 ~1.2 的20倍。
• 首次观测到 $b\to d\gamma$ 衰变，且 $B^+\to\tau^+\nu_\tau$ 衰变已接近观测阈值，B A B AR 给出的限制为 $<0.083 \times 10^{-6}$。