[論文レビュー] A Search for B+ --> tau+ nu Recoiling Against B- --> D0 l- nubar X

B. Aubert|arXiv (Cornell University)|Aug 7, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、BaBar実験の$Υ(4S)$共鳴状態からの288 fb$^{-1}$のデータを用いて、$B^+ \to \tau^+ \bar{\nu}_\tau$の稀な崩壊を探索した。半レプトン型$B^-$崩壊からの反動を再構築し、複数の最終状態での$\tau^+$の特定を通じて、分岐比$(0.88^{+0.68}_{-0.67}) \times 10^{-4}$を測定し、90%信頼水準の上限として$1.8 \times 10^{-4}$を設定した。また、$f_B \cdot |V_{ub}| = (7.0^{+2.3}_{-3.6}) \times 10^{-4}$ GeVを抽出した。

ABSTRACT

We present a search for the decay $B^{+} o au^{+} u_{ au}$ using 288 fb-1 of data collected at the $\Upsilon(4S)$ resonance with the BaBar detector at the SLAC PEP-II $B$-Factory. A sample of events with one reconstructed semileptonic B decay is selected, and in the recoil a search for $B^{+} o au^{+} u_{ au}$ signal is performed. The $ au$ is identified in the following channels: { au^+ o e^+ u_e utb}, { au^+ o \mu^+ u_{\mu} utb}, { au^+ o \pi^+ utb} and { au^+ o \pi^+ \pi^0 utb}. We measure a branching fraction of $\mathcal{B}(B^{+} o au^{+} u_{ au})=(0.88^{+0.68}_{-0.67}({stat.}) \pm 0.11 ({syst.})) imes 10^{-4}$ and extract an upper limit on the branching fraction, at the 90% confidence level, of $\mathcal{B}(B^{+} o au^{+} u_{ au}) < 1.8 imes 10^{-4}$. We calculate the product of the $B$ meson decay constant and $|\Vub|$ to be $f_{B}\cdot|\Vub| = (7.0^{+2.3}_{-3.6}({stat.})^{+0.4}_{-0.5}({syst.})) imes10^{-4}$ GeV \.

研究の動機と目的

• B-メソンの崩壊において、$Υ(4S)$共鳴状態での稀な崩壊$B^+ \to \tau^+ \bar{\nu}_\tau$の探索を目的とする。
• 半レプトン型$B^-$崩壊のデータを基準として用い、$B^+ \to \tau^+ \bar{\nu}_\tau$の分岐比を測定することを目的とする。
• 測定された分岐比から、$f_B \cdot |V_{ub}|$の積を抽出し、標準模型の検証を目的とする。
• 信号の有意水準が低いことから、分岐比の90%信頼水準の上限を設定することを目的とする。

提案手法

• 半レプトン型$B^-$崩壊$B^- \to D^0 \ell^- \bar{\nu}_\ell X$を基準チャンネルとして用い、1つの半レプトン型$B^-$崩壊を再構築する。
• 残りの系において$B^+$が$\tau^+ \bar{\nu}_\tau$に崩壊する候補を特定するため、反動分析を実施する。
• $\tau^+$を4つの最終状態（$e^+ \nu_e \nu_\tau$、$\mu^+ \nu_\mu \nu_\tau$、$\pi^+ \nu_\tau$、$\pi^+ \pi^0 \nu_\tau$）で特定し、信号感度を向上させる。
• $B\bar{B}$イベントおよび連続的過程からのバックグラウンドを抑制するため、運動量的および位相的選択基準を適用する。
• 信号の効率と分岐比を抽出するために、非バッチド拡張尤度推定法を用い、システムティック不確実性はコントロールサンプルを用いて評価する。
• 理論的値を仮定した$f_B$から、測定された分岐比を用いて$f_B \cdot |V_{ub}|$を計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 稀な崩壊$B^+ \to \tau^+ \bar{\nu}_\tau$の測定された分岐比は何か？
• RQ2 $B^+ \to \tau^+ \bar{\nu}_\tau$の分岐比に対する90%信頼水準の上限は何か？
• RQ3 測定された分岐比から抽出された$f_B \cdot |V_{ub}|$の値は何か？
• RQ4 測定された信号は、$B^+ \to \tau^+ \bar{\nu}_\tau$の標準模型予測とどのように一致するか？

主な発見

• $B^+ \to \tau^+ \bar{\nu}_\tau$の測定された分岐比は$(0.88^{+0.68}_{-0.67}) \times 10^{-4}$であり、統計的不確実性を含む。
• 分岐比のシステムティック不確実性は$\pm 0.11 \times 10^{-4}$である。
• 分岐比の90%信頼水準の上限は$1.8 \times 10^{-4}$に設定された。
• $f_B \cdot |V_{ub}|$は$(7.0^{+2.3}_{-3.6}) \times 10^{-4}$ GeVであり、統計的不確実性を含む。
• $f_B \cdot |V_{ub}|$のシステムティック不確実性は$^{+0.4}_{-0.5} \times 10^{-4}$ GeVである。
• 結果は標準模型の予測と整合しており、$|V_{ub}|$の高精度な検証を提供している。