strong constraints on the rare decays b 0 s ➝ m + m - and b 0 ➝ m + m -
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論文講読 1
Strong Constraints on the Rare Decays
B0s ➝ m+m- and B0 ➝ m+m-
2013 June 19Tohoku University
Tatsuya Mori
2013/06/19
論文講読 2
本研究のモチベーション
FCNC process は SM では強く抑制されるFCNC process の B0
s ➝ m+m- と B0 ➝ m+m-の BF を精密測定して SM からのズレを探る
New process, new heavy particle の寄与を見る
BF(B0s ➝ m+m-) = (3.2 ± 0.2) x 10-9
BF(B0 ➝ m+m-) =(0.10 ± 0.01) x 10-9
BF(B0s ➝ m+m-) < 1.4 x 10-8
BF(B0 ➝ m+m-) < 3.2 x 10-9
SM 期待値
先行実験の結果(CL : 95%)
2013/06/19
論文講読 3
先行実験に比べ優れている点
0.37 fb-1 ➝ 1.0 fb-1
event selection の改善
最適化された binning
peaking BG の削減
2013/06/19
論文講読 5
終状態に muon を含むイベントに作用するトリガー
① ハードウェアのトリガー ↓ ②ソフトウェアのトリガー (high-level trigger : HLT) の 2 段階で起きる
①single muon decision : PT > 1.5GeV dimuon decision : sqrt(PT,1PT,2) > 1.3GeV
② 全トラックは PT > 0.5GeV single muon trigger decision : IP > 0.1 mm , PT > 1.0GeV dimuon trigger decision : mmm > 4700MeV
2013/06/19
論文講読 6
B0(s) ➝ m+m- の selection
B0(s)を組むために以下の high Quality な muon を要求2 つの muon は PV(primary vertex) に置き換えることができるχ2/ndf < 9 で SV(secondary vertex) が測定されているSV は PV から 15 以上の飛程 significance 分だけ離れているB 候補の PV が 1 つ以上再構成されたとき、 σIP が最小のものが選ばれるIP/σIP < 5 の候補だけ保持候補の内、 P < 500GeV, 0.25 < PT < 40 GeV でないものを除外崩壊時刻 < 9 x τ(B0
s) の候補を保持B 候補の内 PT < 500MeV のものは除外
elastic diphoton production から来る dimuon の 90% は除外される残りの main BG は semileptonic b-hadron decays (bbbar to mu+mu-X)
2013/06/19
論文講読 7
normalization mode の説明
①B+ ➝ J/ψK+ ②B0s ➝ J/ψφ ③B0 ➝ K+π-
• ①② : シグナルと似たようなトリガーと muon 同定効率を持つが、終状態のトラック数が異なる
• ③ : シグナルと似た topology を持つが、異なるトリガーで selection を行う
⇛ common systematic uncertainties を小さくするため、①〜③のチャンネルの selection はできるだけシグナルのselection と似るようにする
2013/06/19
論文講読 8
multivariate selection (MVS)
MVS は、残った BG の 80% を除外し、シグナルの 92% を保持する
MVS は以下のように多変数アルゴリズムのパフォーマンスを改善する
詳しくは文献 [9] か論文
2013/06/19
論文講読 9
ここまでの作業で得られるmuon pair
前述のトリガー、 selection で、 [4900,6000]MeV の不変質量をもつ muon pair は 17321 個になった
測定された bbbar cross section を前提としたとき、 SM rate を仮定すると、このデータサンプル内には
B0s ➝ m+m- : 11.6 個
B0 ➝ m+m- : 1.3 個
あることになる
2013/06/19
論文講読 10
binning 1/6
選別された候補は 2D bin に詰められる。
2 D : m , mm BDT (output of another boosted decision tree)
BDT は後で説明
2013/06/19
論文講読 11
binning 2/6
シグナルの mass line shape は crystal-ball function[11] で記述される
各 Resonance は 2 つの crystal-ball function の和でフィットされる
内挿結果σ(m(B0
s)) = 24.8 ± 0.8 MeV
σ(m(B0)) = 24.3 ± 0.7 MeV
2013/06/19
論文講読 12
binning 3/6
selection で充分に利用されなかった Geometry, kinematic の情報は BDT を媒介にして結合される
BDT に対し 9 個の変数が採用される ( 内訳は論文参照 )
バイアスを避けるため、変数の選択、その次の BDT のトレーニングのためにデータは使わない
代わりに BDT は simulated samples を使ってトレーニングした
2013/06/19
論文講読 13
binning 4/6
あるシグナルイベントが一定の BDT value を持つ確率はinclusive sample を使ったデータから得る。(h は kaon か pion)
各 BDT bin にある B0(s) ➝ h+h’- signal events の数は
mhh’ 分布をフィットすることにより決定する。
BDT と不変質量分布の binning は再び最適化される
2013/06/19
論文講読 14
binning 5/6
[4900,6000]MeV の不変質量の範囲にあるイベントを選択する。
シグナル領域の境界は m(B0(s)) : ±60MeV とする
予測される各 BDT 内にある combinatorial BG events
シグナル領域内の invariant mass bin
は指数関数でフィットする
• combinatorial BG events の推定される量につく系統誤差は• poisson 分布で測定されるイベント数を変動させることで計算• 指数関数の値を ±1σ の範囲でずらすことで計算
2013/06/19
論文講読 15
binning 6/6
B0(s) ➝ h+h’- からの peaking BG はK➝ , m p ➝ m と誤認識する比率をselected simulated B0
(s) ➝ h+h’- のスペクトラムに混ぜることで評価された
合計で 0.5+0.2-0.1 ( 2.6+1.1
-0.4 )個の B0(s) ➝ h+h’- が B0
(s)
シグナルの mass region に入ることが予測される
2013/06/19
論文講読 16
BF の計算の仕方BF = BFnorm ・ εnorm fnorm N(B0
(s) ➝ m+m-)/εsigfd(s)Nnorm
= αnorm(B0(s) ➝ m+m-) ・ N(B0
(s) ➝ m+m-)
fs/fd =0.267 の値 [14] を用い、 fd = fu を仮定する
ε は再構成効率、セレクション効率、トリガー効率の積simulation と data の違いは系統誤差として含まれる
N(B0(s) ➝ m+m-) は得られた signal events の数
本実験ではαnorm(B0
s ➝ m+m-) = (3.19 ± 0.28) x 10-10
αnorm(B0 ➝ m+m-) = (8.38 ± 0.39) x 10-11
と算出された 2013/06/19
論文講読 17
再び binning
各 2D bin に対し、 data 内で観測された候補を数え、予測される signal と BG の数を計算した
各 2D bin の系統誤差はガウス分布で mass, BDT, normalization factor を変動させることで計算する
2013/06/19
論文講読 20
fitting and final result
8 つの BDT bin 内にある mass に対し simultaneous unbinned likelihood fit をかけて B0
s ➝ m+m- の BF を決定する
結果: BF(B0s ➝ m+m-) = (0.8+1.8
-1.3) x 10-9
upper limit をつける ( 詳しくは論文、正直良くわからなかった )
BF(B0s ➝ m+m-) = (3.2 ± 0.2) x 10-9
BF(B0 ➝ m+m-) =(0.10 ± 0.01) x 10-9
BF(B0s ➝ m+m-) < 1.4 x 10-8
BF(B0 ➝ m+m-) < 3.2 x 10-9
BF(B0s ➝ m+m-) < 4.5 x 10-9
BF(B0 ➝ m+m-) < 1.03 x 10-9
SM 期待値
先行実験の結果(CL : 95%)
本研究の結果(CL : 95%)
2013/06/19
論文講読 21
2012 June ➝ 2013 Jan.どうやら B0
s ➝ m+m- の方は 3.5σ の統計有意で発見された模様(新たに 8GeV の beam run のデータ 1.1fb-1 が加わった)。 解析手段はほぼ変わらない。
2013/06/19
論文講読 22
2013 Jan. の結果
BF(B0s ➝ m+m-) = (3.2+1.5
-1.2) x 10-9
which is in agreement with the SM prediction. This is the first evidence. (SM : BF(B0
s ➝ m+m-) = (3.2 ± 0.2) x 10-9)
まとめ:
相変わらず SM consistent 。
2013/06/19
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