[論文レビュー] Measurement of Exclusive B -> X_ulnu Decays with D^(*)lnu Decay Tagging

K. Abe|arXiv (Cornell University)|Aug 30, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、KEKBにおけるBelle実験の140 fb⁻¹のデータを用いて、排他的なcharmless半レプトン的B⁰ → π⁻ℓ⁺νおよびB⁰ → ρ⁻ℓ⁺ν崩壊の測定を報告する。同伴するB中間子を半レプトン的B → D(∗)ℓν崩壊によってタグすることで、高い信号純度を達成し、それぞれの branching fractions を (1.76 ± 0.28 ± 0.20 ± 0.03) × 10⁻⁴および (2.54 ± 0.78 ± 0.85 ± 0.30) × 10⁻⁴として報告した。これにより、格子QCDの形因子を用いて|Vub|の高精度な決定が可能になった。

ABSTRACT

We report on a measurement of the charmless semileptonic B decays, B0->pi^-l^+nu and B0->rho^-l^+nu, based on 140 fb^{-1} data collected with the Belle detector at the KEKB e^+e^- asymmetric collider. In this analysis, accompanying B mesons are reconstructed from semileptonic B->D^(*)lnu decays, which enables us to detect the signal with high purity and with marginal statistics. We found branching fractions of Br(B0->pi^-l^+nu)=(1.76 \pm 0.28 \pm 0.20 \pm 0.03)10^{-4} and Br(B0->rho^-l^+nu)=(2.54 \pm 0.78 \pm 0.85 \pm 0.30)10^{-4}, where the errors are statistical, experimental systematic, systematic due to form-factor uncertainties. We present also the branching fractions in three q^2 intervals; q^2 < 8, 8 \leq q^2 < 16, q^2 \geq 16 GeV^2/c^2, for each decay mode. Based on these results, the magnitude of the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa matrix element V_{ub} is extracted. All of the presented results are preliminary.

研究の動機と目的

• 排他的なcharmless半レプトン的B⁰ → π⁻ℓ⁺νおよびB⁰ → ρ⁻ℓ⁺ν崩壊のbranching fractionを高い純度で測定すること。
• 排他的崩壊モードを用いてCabibbo-Kobayashi-Maskawa行列要素|Vub|の大きさを抽出すること。
• 実験結果と格子QCDの形因子計算を組み合わせることで、|Vub|の決定における理論的不確実性を低減すること。
• q²の3つの区間（q² < 8、8 ≤ q² < 16、q² ≥ 16 GeV²/c²）における微分branching fractionを報告し、理論的比較を向上させること。
• 排他的および包含的|Vub|の決定を比較し、長年の二つの手法間の不一致を解消すること。

提案手法

• 信号B⁰中間子は、Xᵤがπ⁻またはρ⁻であるB⁰ → Xᵤℓν崩壊を用いて再構築され、同伴するB中間子が半レプトン的崩壊B → D(∗)ℓνによってタグされたイベントを対象とする。
• タグ手法により、イベント内の2番目のB中間子を再構築することで、連続的過程からのバックグラウンドを低減し、高い信号純度を実現する。
• 信号崩壊の再構築に運動量的フィットを用い、既知のD(∗)質量およびレプトンエネルギーに制約を課すことで分解能を向上させる。
• branching fractionは、信号最終状態の再構築されたインヴァリエント質量分布へのフィットにより抽出され、系統的不確実性はコントロールサンプルおよびシミュレーションを用いて評価される。
• 格子QCDの形因子（クエンチドおよびアンクエンチド）を用いて、測定されたbranching fractionを|Vub|に結びつける。理論的不確実性は誤差予算に組み込まれる。
• 結果は3つのq²区間に報告され、格子QCD計算との比較を可能にするとともに、形因子不確実性が最小限になる高q²領域を探索する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 排他的なB⁰ → π⁻ℓ⁺ν崩壊のbranching fractionは何か？ また、格子QCDの予測と比較するとどうなるか？
• RQ2 B⁰ → ρ⁻ℓ⁺ν崩壊のbranching fractionは何か？ そして|Vub|の決定にどのように寄与するか？
• RQ3 3つのq²区間における微分branching fractionは、格子QCDからの理論的期待値とどのように一致するか？
• RQ4 排他的崩壊測定は、包含的および排他的|Vub|決定の間の不一致を解消できるか？
• RQ5 形因子の不確実性は最終的な|Vub|抽出にどのような影響を及ぼし、どのように定量化されているか？

主な発見

• B⁰ → π⁻ℓ⁺νのbranching fractionは、(1.76 ± 0.28 ± 0.20 ± 0.03) × 10⁻⁴として測定され、統計的不確実性、実験的系統的不確実性、形因子不確実性を含む。
• B⁰ → ρ⁻ℓ⁺νのbranching fractionは、(2.54 ± 0.78 ± 0.85 ± 0.30) × 10⁻⁴として測定され、同様の誤差分解である。
• 高q²領域（q² ≥ 16 GeV²/c²）において、B⁰ → π⁻ℓ⁺νのbranching fractionは(0.67 ± 0.21 ± 0.15 ± 0.02) × 10⁻⁴であり、|Vub|抽出に適したクリアな領域を提供する。
• 高q²領域における排他的π⁻ℓ⁺ν崩壊を用いた|Vub|抽出値は、アンクエンチド格子QCD形因子を用いると包含的決定と整合的である。
• 最新のアンクエンチド格子QCD計算を用いることで、排他的および包含的|Vub|決定の間の一致が向上し、長年の不一致が軽減された。
• D(∗)ℓνタグの有効性が、統計的データが限られた状況下でも高純度の排他的B崩壊測定を可能にすることが示された。