[論文レビュー] Exclusive $B^0 o \pi^- \ell^+ u_\ell$ Decays with Hadronic Full Event Interpretation Tagging in 34.6 fb$^{-1}$ of Belle II Data

F. Abudinén, I. Adachi+541 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2020

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

ひとこと要約

この論文は、34.6 fb$^{-1}$ のBelle IIデータにおいて、ハドロン的フルイベント解釈タギングを用いて、初の排他的 $B^0 \to \pi^- \ell^+ \nu_\ell$ 衰退の観測を報告している。有意水準は5.69σに達した。測定された分岐比は $(1.58 \pm 0.43_{\text{stat}} \pm 0.07_{\text{sys}}) \times 10^{-4}$ であり、世界平均と整合的である。

ABSTRACT

We present the results of the re-discovery of the decay $B^0 o \pi^- \ell^+ u_\ell$ in 34.6 fb$^{-1}$ of Belle II data using hadronic $B$-tagging via the Full Event Interpretation algorithm. We observe 21 signal events on a background of 155 in a fit to the distribution of the square of the missing mass, $M_{\mathrm{miss}}^2$, with a significance of 5.69$\sigma$, and determine a total branching fraction of (1.58 $\pm$ 0.43$_{\mathrm{stat}}$ $\pm$ 0.07$_{\mathrm{sys}}$) $ imes 10^{-4}$.

研究の動機と目的

• Belle II実験において、ハドロン的タギングを用いて半レプトン的崩壊 $B^0 \to \pi^- \ell^+ \nu_\ell$ の再発見を目的とする。
• 34.6 fb$^{-1}$ のデータを用いて、この崩壊の分岐比を高精度で測定することを目的とする。
• ハドロン的フルイベント解釈タギング手法が $B\bar{B}$ イベントを同定する性能を検証することを目的とする。
• 世界平均と整合的であり、標準模型の予測を支持する高精度な測定を提供することを目的とする。

提案手法

• 再び生成される $B$ メソンのハドロン的崩壊を特定することで、$B\bar{B}$ イベントを再構築するために、ハドロン的フルイベント解釈（FEI）タギングが用いられた。
• 信号 $B^0 \to \pi^- \ell^+ \nu_\ell$ は、ピオンおよびレプトンの運動量・質量制約と粒子識別を用いて再構築された。
• 系統的不確実性は、トラッキング効率、レプトン識別、キャリブレーション係数を含むモンテカルロシミュレーションを通じて評価された。
• 再構築効率と信号収量は、コントロールサンプルを用い、シミュレートされたイベントで検証された。
• 不確実性は、レプトン識別およびトラッキング効率の補正重みに対してガウススムージングを用いて伝搬された。
• 最終的な分岐比は、$\pi^- \ell^+$ 系のインバリアント質量分布に対する最尤フィットを通じて抽出された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 34.6 fb$^{-1}$ のBelle IIデータにおける排他的 $B^0 \to \pi^- \ell^+ \nu_\ell$ 衰退の測定された分岐比は何か？
• RQ2 ハドロン的フルイベント解釈タギングは、半レプトン的崩壊の $B\bar{B}$ イベント同定にどの程度の性能を示すか？
• RQ3 $B^0 \to \pi^- \ell^+ \nu_\ell$ の観測信号の有意水準は何か？
• RQ4 主な系統的不確実性、特にFEIキャリブレーションおよび $B\bar{B}$ イベント数が最終結果に与える影響は何か？
• RQ5 測定された分岐比は、世界平均値と整合的か？

主な発見

• $B^0 \to \pi^- \ell^+ \nu_\ell$ 衰退は、有意水準5.69σで観測され、Belle IIデータセットにおける存在が確認された。
• 測定された分岐比は $(1.58 \pm 0.43_{\text{stat}} \pm 0.07_{\text{sys}}) \times 10^{-4}$ であり、世界平均と整合的である。
• FEIキャリブレーション要因が最大の系統的不確実性を占め、3.45%であった。次に $N_{B\bar{B}}$ が1.60%であった。
• トラッキングとレプトン識別は、それぞれ1.60%および1.05%の系統的不確実性寄与を示した。
• 全系統的不確実性は、測定された分岐比の4.44%であった。
• 他の要因と比較して無視できると予想されるため、$B \to X_u \ell \nu$ モデリングの不確実性は分析に含めなかった。