[论文解读] Search for B -> tau nu and B -> K nu nubar Decays with a Fully Reconstructed B at Belle

K. Abe|arXiv (Cornell University)|Jul 8, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 5

一句话总结

本研究利用KEK的Belle实验中完全重建的B介子样本，对罕见衰变B⁻ → τ⁻ν̄和B⁻ → K⁻νν̄设定了迄今为止最严格的上限。通过应用考虑系统误差展宽的贝叶斯似然分析，并结合多种衰变模式，该分析在90%置信水平下分别设定了1.8 × 10⁻⁴和3.6 × 10⁻⁵的上限，从而对如双希格斯双重模型等新物理模型形成约束。

ABSTRACT

We present a search for the decays B -> tau nu and B -> K nu nubar in a 253 fb^-1 data sample collected at the Upsilon(4S) resonance with the Belle detector at the KEKB asymmetric energy B factory. Combinatorial and continuum backgrounds are suppressed by selecting a sample of events with one fully reconstructed B. The decay products of the B on the other side of the event are analyzed to search for B -> tau nu and B -> K nu nubar decays. We find no significant evidence for a signal and set 90% confidence level upper limits of B(B -> tau nu) < 1.8*10^-4 and B(B -> K nu nubar) < 3.6*10^-5.

研究动机与目标

• 利用Belle实验中完全重建的B介子样本，搜索罕见B介子衰变B⁻ → τ⁻ν̄和B⁻ → K⁻νν̄。
• 对迄今为止这些罕见衰变的分支分数设定最严格的上限。
• 通过在(mH⁺, tanβ)平面上推导排除限界，约束新物理模型，特别是双希格斯双重模型。
• 通过高斯展宽技术，在似然分析中考虑衰变模式之间的相关与不相关系统误差。

提出的方法

• 从观测数据构建贝叶斯似然函数，对每种衰变模式均包含信号和背景贡献。
• 通过将似然函数中的每个点替换为以该点为中心、宽度为ΔB的高斯分布来处理系统误差，其中ΔB由系统误差研究得出。
• 通过为每个来源抽取相同的随机数来处理不同衰变模式之间的相关系统误差，确保在各样本间一致地展宽。
• 将五个B⁻ → τ⁻ν̄衰变模式的似然函数通过相乘方式合并，并正确建模系统误差相关性。
• 对于B⁻ → K⁻νν̄，使用总系统误差对似然函数进行展宽，最终似然函数通过乘积方式获得展宽后的似然函数。
• 最终上限从展宽后似然函数的90%置信水平推导得出。

实验结果

研究问题

• RQ1 罕见衰变B⁻ → τ⁻ν̄的分支分数上限是多少？
• RQ2 罕见衰变B⁻ → K⁻νν̄的分支分数上限是多少？
• RQ3 测量得到的上限如何约束双希格斯双重模型的参数空间？
• RQ4 相关系统误差对最终分支分数上限有何影响？
• RQ5 与LEP、Tevatron和BABAR实验的先前实验搜索相比，本研究结果如何？

主要发现

• B⁻ → τ⁻ν̄分支分数的90%置信水平上限为1.8 × 10⁻⁴，为迄今最严格的上限。
• B⁻ → K⁻νν̄分支分数的90%置信水平上限为3.6 × 10⁻⁵，同样为目前最严格的可用上限。
• B⁻ → τ⁻ν̄的上限对双希格斯双重模型中的(mH⁺, tanβ)参数空间形成约束，排除了大tanβ值和轻量级带电希格斯玻色子的区域。
• 该分析展示了在基于似然的上限估计中，对相关与不相关系统误差分量进行系统误差展宽的有效性。
• 结果与LEP、Tevatron和BABAR实验的先前结果一致，并在此基础上进一步改进。
• 本研究证实了Belle实验利用完全重建的B介子高精度探测稀有B衰变的能力具有鲁棒性。