[論文レビュー] Invariant mass spectra of $ au^{-} ightarrow h^{-}h^{-}h^{+} u$ decays

Ian Michael Nugent|arXiv (Cornell University)|Jan 29, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 6被引用数 16

ひとこと要約

本稿では、BABAR実験のe⁺e⁻データ342 fb⁻¹を用いて、4つのハドロン的タウ崩壊—τ⁻→π⁻π⁻π⁺ντ、τ⁻→K⁻π⁻π⁺ντ、τ⁻→K⁻π⁻K⁺ντ、およびτ⁻→K⁻K⁻K⁺ντ—のアンフォールドされた不変質量スペクトルを提示する。ベイジアンアンフォールディングとバックグラウンド除去を用いることで、LHCおよび将来のBファクトリーにおける|Vus|の測定とタウ崩壊のモデル化の向上に不可欠な高分解能スペクトル分布が得られた。

ABSTRACT

Using 342$fb^{-1}$ of $e^{+}e^{-}$ annihilation data collected with the BABAR detector at the SLAC PEP-II electron-positron asymmetric energy collider operating at a center-of-mass energies near 10.58GeV, we present the preliminary measurements of the invariant mass distributions of $ au^{-} ightarrow \pi^{-}\pi^{-}\pi^{+} u$, $ au^{-} ightarrow K^{-}\pi^{-}\pi^{+} u$, $ au^{-} ightarrow K^{-}\pi^{-}K^{+} u$ and $ au^{-} ightarrow K^{-}K^{-}K^{+} u$, where events with $K_{S}^{0} ightarrow \pi^{-}\pi^{+}$ decays are excluded.

研究の動機と目的

• チャージドパイオンおよびカイオンを含む4つのハドロン的タウ崩壊モードの高分解能不変質量スペクトルを測定すること。
• ベイジアンアンフォールディングを用いて、検出器由来の歪みを不変質量分布から低減すること。
• 粒子識別ミスと追加のπ⁰崩壊由来のバックグラウンドを差し引いて、信号寄与を分離すること。
• コントロールサンプルを用いて、BABARの分岐比測定の正確性を検証すること。
• 将来のBファクトリーおよびLHC実験におけるタウ崩壊の理論的モデリングの改善に向けた精錬されたスペクトルデータを提供すること。

提案手法

• BABAR検出器を用いて、√s ≈ 10.58 GeVで取得された342 fb⁻¹のe⁺e⁻散乱データを用いた。
• 同伴するτ⁺がレプトン的崩壊するのを条件として、τ⁻→h⁻h⁻h⁺ντ崩壊を選別した。
• パイオンとカイオンを区別するための粒子識別を実施し、K⁰S→π⁺π⁻崩壊を除外した。
• 誤識別粒子からのクロスフィードと追加のπ⁰寄与の算術的バックグラウンド差し引きを実施した。
• 信号モンテカルロを用いて、検出器のエネルギー分解能と効率の影響を補正するベイジアンアンフォールディングを採用した。
• すべてのアンフォールドされた分布を正規化し、シミュレーションとの直接比較およびチューニングに用いるために、単位にした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 検出器効果を除去した後、τ⁻→π⁻π⁻π⁺ντ、τ⁻→K⁻π⁻π⁺ντ、τ⁻→K⁻π⁻K⁺ντ、およびτ⁻→K⁻K⁻K⁺ντ崩壊の不変質量分布はどのように見えるか？
• RQ2 誤識別粒子由来のクロスフィードバックグラウンドが各崩壊チャネルに与える寄与はどの程度か？
• RQ3 各崩壊モードにおいて、最終状態に追加のπ⁰があるイベントによる汚染はどの程度顕著か？
• RQ4 検出器のエネルギー分解能と効率が、真の不変質量スペクトルをどの程度歪めているか？
• RQ5 アンフォールドされたスペクトルは、ジェネレータレベルのモンテカルロとTauolaのCLEOチューニングとどの程度一致するか？

主な発見

• 誤識別粒子由来のクロスフィードバックグラウンドは、τ⁻→π⁻π⁻π⁺ντで0.85±0.01、τ⁻→K⁻π⁻π⁺ντで38.5±0.2、τ⁻→K⁻π⁻K⁺ντで2.9±0.1、τ⁻→K⁻K⁻K⁺ντで27.7±3.0と測定された。
• 追加のπ⁰による汚染は、τ⁻→π⁻π⁻π⁺ντで3.6±0.3%、τ⁻→K⁻π⁻π⁺ντで2.3±0.4%、τ⁻→K⁻π⁻K⁺ντで0.4±0.1%、τ⁻→K⁻K⁻K⁺ντで<5.0%と推定された。
• 非タウバックグラウンドは全チャネルで0.5%未満であったため、その影響は軽微であることが確認された。
• ベイジアンアンフォールディング手順はスペクトルにほとんど影響を与えず、良好な検出器分解能を示した。
• アンフォールドされたスペクトルは、ジェネレータレベルのモンテカルロとCLEOチューニング（Tauola 2.8）と良好に一致した。
• 本結果は、奇妙量子数および非奇妙量子数のスペクトル密度関数を決定するための重要な情報であり、|Vus|の精度向上に寄与する。