崩壊分岐比の上限

∆ EMbc VS ∆E

3.4 探索結果

3.4.2 崩壊分岐比の上限

5.200 5.225 5.250 5.275 5.300 0

2 4 6

Mbc

(Exp Data)

Mbc(GeV/c )

Number of event

図 3.24: M_bc分布のフィット結果：

エラーバーつきの点が実験データ、実線はフィット結果を表している。5.28GeV /c²近傍のピークは正規分布関数、それ以外は位相空間分布を表現するARGUS関数として、

これら２つの和をとった関数でフィットした。(詳細は本文参照)

B⁰ →J/ψγの事象数 N_sig 0.1±6.5事象

検出効率 ε 35.4±0.6 %

B⁰の数 N_B⁰ (2.77±0.03)×10⁸事象

J/ψ→l⁺l⁻の崩壊分岐比 Br(J/ψ→l⁺l⁻) 11.87±0.12%

表 3.2: 崩壊分岐比算出に使用した値として考慮した。最新の世界平均[10]によれば

Br(B⁰ →J/ψπ⁰) = (2.05±0.24)×10⁻⁵

であるので、相対誤差で11.7%の不定性がある。よって、B⁰ → J/ψπ⁰ バックグラウンドの不定性は、モンテカルロシミュレーションによる期待値にこの不定性を乗じて、1.6事象と見積もった。

次にその他の系統誤差(systematic error)について表3.3にまとめるとともに、それらについて説明する。

B

⁰

→ J/ψπ

⁰

バックグラウンドの不定性 1.6 事象

系統誤差 5.3 %

シグナルのモンテカルロの統計 1.6 %

飛跡の再構成 2.0 %

レプトンの同定 3.9 % γの検出効率 2.0 %

Br(J/ψ→l⁺l⁻) 1.0 %

N_B⁰ 1.1 %

表 3.3: 崩壊分岐比測定の誤差

• 飛跡の再構成

荷電粒子の飛跡に対する検出効率の不定性によるものである。この不定性は

η →π⁺π⁻π⁰(π⁰ →γγ) η→γγ

の崩壊過程を用いて見積もった。2つの崩壊モードで得られるηの個数の比をとり、

R_N = N(η→π⁺π⁻π⁰(π⁰ →γγ)) N(η→γγ)

を求める。η → π⁺π⁻π⁰ のπ⁰は、π⁰ → γγ 過程と分母のη → γγ 過程とが同じ終状態となるので、2つの比をとるとπ⁺π⁻の検出効率のみが寄与する。そこでデータとモンテカルロシミュレーションのR_Nを比較し、両者の差を荷電粒子2個の検出効率の不定性とする。よって荷電粒子1個あたりの不定性はその半分である。

その他にもいくつかの方法がとられている。その１つが、D^∗⁺ → D⁰π⁺過程において、D⁰ →K_S⁰π⁺π⁻が起こり、さらにK_S⁰ →π⁺π⁻ が生じる過程の利用である。最後に生じる2つの荷電π中間子のうち、片方を無視しても、K_s⁰とD⁰の質量を束縛条件として使うことにより、無視した荷電π中間子の運動量を算出することができ、

D^∗⁺を再構成することができる。これを部分再構成と呼ぶ。通常よく行われるD^∗⁺の事象数と荷電π中間子を無視せずに全ての粒子を捕まえて再構成した場合に得られたD^∗⁺の事象数の比は、K_S⁰ から生じた荷電π中間子1個の再構成の効率となる。これを実験データとモンテカルロの場合で比較し、その差を荷電粒子1個あたりの不定性として見積もっても、ηを用いた場合と無矛盾な結果を得る。

• レプトンの同定

J/ψを再構成するレプトンの識別効率の不定性である。第三章に既に詳細な記述をしたので、重複を防ぐためここでは割愛する。

• γ(光子)の検出効率

e⁺e⁻→e⁺e⁻γ反応を用いて、高エネルギーの光子の検出効率について、実験データとシミュレーションデータの間に差が見られるかを調べた結果、1.5GeV以上の光子の検出効率の不定性は2%と見積もった。[26]

• J/ψ→l⁺l⁻の崩壊分岐比

Br(J/ψ→l⁺l⁻) = 11.87±0.12 %[10] であり、相対誤差は1.0%である。

• N_B⁰

ハドロン事象の形状を表現するパラメータの分布からB 中間子対

生成事象数を決定しているが、この際Bhabha散乱やµ粒子対生成事象の数を比較して事象数の規格化定数の不定性を見積もるとともに、ビームガス事象の混入している割合の不定性を算出し、これらを合わせて相対誤差1.1%と見積もられている。

以上、統計誤差とB⁰ → J/ψπ⁰ バックグラウンドの不定性と比べ、

その他の系統誤差は十分に小さいと言える。統計誤差とB⁰ → J/ψπ⁰ バックグラウンドの不定性の和をとり、Nsigの不定性を8.1事象とした。

90%C.L.(Conﬁdence Level)の上限値は平均値をµ、不定性をσとおいて、

µ+ 1.28σで与えられるので、

0.1 + 8.1×1.28 = 10.5事象

がN_sigの90%C.L.上限値となる。これを本小節冒頭の崩壊分岐比を与える式に代入し、

Br(B⁰ →J/ψγ)<9.0×10⁻⁷ (90%C.L.) を得た。

第 4 _{章まとめ}

Belle検出器が収集した2.77×10⁸B中間子対生成事象のデータを用いて、B⁰ →J/ψγ崩壊事象を再構成し、シグナル事象数N_sigを

Nsig = 0.1±6.5事象

と得た。この結果はシグナル事象は見出せずゼロ事象であったことと無矛盾である。系統誤差も考慮した上で得た崩壊分岐比の上限値は、

Br(B⁰ →J/ψγ)<9.0×10⁻⁷ (90%C.L.) であった。

今回の測定は、これまでにBaBar実験によって行われた探索で得られた上限値1.6×10⁻⁶を２倍近く更新するものである。