[論文レビュー] Charmless Semileptonic B Decays at e+e- Colliders

C. Beleño|arXiv (Cornell University)|Jul 31, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 10被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、BelleおよびBaBar実験のデータを用いてe⁺e⁻衝突機における charmless 半レプトン的B崩壊の更新された測定を提示し、包含的および排他的崩壊モードを用いたCKM行列要素|V_ub|の抽出に焦点を当てる。3.2σの有意水準で、珍しい崩壊B⁻ → p̄pℓ⁻νの証拠を報告し、Br = (5.8⁺².⁴₋².¹)×10⁻⁶である。一方で、包含的と排他的な|V_ub|の決定の間には、依然として緊張が残存している。

ABSTRACT

The following is an overview of the current status of charmless semileptonic B decays and the extraction of the CKM matrix element $|V_{ub}|$ by the Belle and BaBaR collaborations.

研究の動機と目的

• e⁺e⁻衝突機におけるcharmless 半レプトン的B崩壊を用いて、|V_ub|の精度を向上させること。
• 軽いメソン（π, ρ, ω, η, η′）およびバリオンを含む排他的崩壊モードにおける理論的および実験的不確実性を低減すること。
• 新しい物理およびCKMユニタリティに敏感な、B⁻ → p̄pℓ⁻νのような珍しい排他的崩壊の探索。
• 包含的および排他的な|V_ub|の決定を比較し、長年の文献における緊張を解消すること。
• M_bc、ΔE、M_miss²、q²などの運動量変数を用いて、信号と背景の区別に理論的モデルを検証すること。

提案手法

• 信号純度と再構成効率のバランスを取るために、アンタグド、半レプトン的タグ、ハドロン的タグの3つの手法を用いてB中間子を再構成する。
• Υ(4S)の静止系において、B中間子候補を特定するためにビーム制約質量（M_bc）とエネルギー差（ΔE）を適用する。
• ニュートリノの運動量は直接測定できないため、P_miss = P_beam - ΣP_iとして、欠落四元運動量を用いて推定する。
• 組み合わせ的およびcharmを含む背景を抑制するため、x_B²（またはcos²φ_B）およびM_miss²などの運動量判別子を用いる。特にB → D*ℓνからの背景に対して有効である。
• 包含的崩壊率をα_sおよび1/m_bの補正を含めてモデル化するため、演算子積展開（OPE）およびハイド・クォーク展開（HQE）の理論的枠組みを用いる。
• M_miss²および他の運動量変数に対する最尤フィットを用いて、信号の割合と分岐比を抽出し、システムティック不確実性は信号モデルの変化を用いて評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 包含的および排他的崩壊モードを用いたcharmless 半レプトン的B崩壊から抽出された|V_ub|の現在の精度はどの程度か？
• RQ2 B → ρℓν、B → ωℓν、B → ηℓνのような排他的崩壊において、BelleとBaBarの結果はどのように比較できるか？
• RQ3 珍しい崩壊B⁻ → p̄pℓ⁻νの有意水準と分岐比は何か？理論的予想と比較するとどうなるか？
• RQ4 排他的崩壊の形因子における理論的不確実性が|V_ub|の決定にどの程度影響を及えるか？
• RQ5 新しいデータと改善された分析手法により、包含的と排他的な|V_ub|測定の間の緊張はどの程度軽減できるか？

主な発見

• Belle協会は、B⁻ → p̄pℓ⁻νの3.2σの有意水準での証拠を報告し、分岐比は(5.8⁺².⁴₋².¹)×10⁻⁶であり、90%信頼区間の上限は9.6×10⁻⁶である。
• BaBaRのアンタグド測定では、B⁺ → ωℓ⁺νの|V_ub| = 3.20 ± 0.10（統計）± 0.05（系統）± 0.45⁻⁰.³²（理論）×10⁻³が得られ、他の結果と整合的だが理論的不確実性が大きい。
• タグ付きBelle測定では、B⁺ → ωℓ⁺νの|V_ub| = 3.08 ± 0.29（統計）± 0.11（系統）± 0.44⁻⁰.³¹（理論）×10⁻³が得られ、BaBaRの結果と良好に一致している。
• B⁺ → ηℓ⁺νに関しては、BaBaRは分岐比0.38 ± 0.05（統計）± 0.05（系統）×10⁻⁴を報告したが、Belleは0.42 ± 0.12（統計）± 0.05（系統）×10⁻⁴を測定した。
• 理論的不確実性は、特にB → ρℓνおよびB → ωℓνにおいて、形因子が十分に制約されていないため、排他的崩壊で支配的である。
• 包含的と排他的な|V_ub|の決定の間の緊張は、改善された測定にもかかわらず依然として残存しており、新しい物理または考慮されていない理論的効果の可能性を示唆している。