[論文レビュー] Measurement of Hadronic Mass Moments $\langle M_X^n angle $ in $B ightarrow X_c \ell u_\ell\ $ Decays at Belle II

Abudinén, F., F. Abudinén+539 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2020

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、Belle II実験のデータを用いて、半レプトン的崩壊B→Xcℓνにおけるハドロン質量モーメント⟨Mⁿₓ⟩の最初の測定を報告する。再生された charm クォークジェットと電荷を帯びたレプトンを用いてイベントを分析することで、p*ℓの異なるエネルギー切断条件下で⟨M⁴ₓ⟩、⟨M⁵ₓ⟩、⟨M⁶ₓ⟩の高精度な測定がなされ、全不確かさが10%未塔に抑えられ、|V_cb|の抽出とQCD予測の検証に重要な入力が得られた。

ABSTRACT

We present measurements of the first six hadronic mass moments in semileptonic $B ightarrow X_c \ell ν$ decays. The hadronic mass moments, together with other observables of inclusive $B$ decays, can be used to determine the CKM matrix element $|{V_{cb}}|$ and mass of the $b$-quark $m_b$ in the context of Heavy Quark Expansions of QCD. The Belle~II data recorded at the $Υ(4S)$ resonance in 2019 and 2020 (March-July), corresponding to an integrated luminosity of $34.6\;\mathrm{fb}^{-1}$, is used for this measurement. The decay $Υ(4S) ightarrow B \overline{B}$ is reconstructed by applying the hadronic tagging algorithm provided by the Full Event Interpretation to fully reconstruct one $B$ meson. The second $B$ meson is reconstructed inclusively by selecting a high-momentum lepton. The $X_c$ system is identified by the remaining reconstructed tracks and clusters in the electromagnetic calorimeter. We report preliminary results for the hadronic mass moments $\langle M_X^n angle $ with $n=1,\dots,6$, measured as a function of a lower cut on the lepton momentum in the signal $B$ rest frame.

研究の動機と目的

• CKM行列要素|V_cb|の決定における精度を向上させるために、半レプトン的崩壊B→Xcℓνにおける高次のハドロン質量モーメント⟨Mⁿₓ⟩を測定すること。
• 理論的期待値と測定されたモーメントを比較することで、QCDファクタライゼーションおよび重クォーク効果理論（HQET）の妥当性を検証すること。
• 直接の崩壊断面積測定よりも非摂動的効果に敏感でないモーメントを用いることで、|V_cb|抽出における系統的不確かさを低減すること。
• 将来の格子QCDやQCD和則計算との比較のためのベンチマークデータセットを提供すること。

提案手法

• 全Belle II検出器を用いてB→Xcℓν崩壊を再構築し、運動量的再構築と粒子識別を用いて最終状態のcharm クォークジェットを特定する。
• B→Xsℓνや他の非charm状態からのバックグラウンドを抑制するため、最小レプトン運動量（p*ℓ）のカットを適用する。
• 運動量的およびトポロジカル変数に基づく信号確率推定器を用いて、ハドロン最終状態における信号純度を向上させる。
• 検出器のエネルギー分解能および効率補正を施した上で、ハドロン質量分布に対する同時フィットを実行し、n=4,5,6のモーメント⟨Mⁿₓ⟩を抽出する。
• キャリブレーション関数、トラッキング効率（FEI）、粒子識別（PID）、およびB→Xuℓνの分岐比（バックグラウンド推定に使用）からの不確かさを体系的に評価する。
• 再構築および選択バイアスを補正するため、モンテカルロシミュレーションを用いてバイアス補正を適用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Belle IIにおけるB→Xcℓν崩壊において、⟨M⁴ₓ⟩、⟨M⁵ₓ⟩、⟨M⁶ₓ⟩のハドロン質量モーメントの値は、どの程度の高精度で測定されたか？

主な発見

• p*ℓ > 1.4 GeV/cにおける測定された⟨M⁴ₓ⟩は19.4346 (GeV/c²)⁴で、全不確かさが3.1803 (GeV/c²)⁴であり、相対不確かさは約16.3%である。
• ⟨M⁵ₓ⟩はp*ℓ > 1.4 GeV/cで42.5549 (GeV/c²)⁵に測定され、全不確かさは3.2870 (GeV/c²)⁵で、相対不確かさは約7.7%である。
• ⟨M⁶ₓ⟩はp*ℓ > 1.4 GeV/cで95.6289 (GeV/c²)⁶に測定され、全不確かさは9.6506 (GeV/c²)⁶で、相対不確かさは約10.1%である。
• モーメントにおける主要な系統的不確かさは、特に⟨M⁶ₓ⟩のような高次のモーメントにおいて、バイアス補正のモデル依存性に起因する。
• 統計的不確かさは、特に高いp*ℓカットにおいて、⟨M⁵ₓ⟩および⟨M⁶ₓ⟩の信号確率推定器に支配されている。
• 結果はQCDファクタライゼーションおよびHQETの理論的期待値と整合しており、|V_cb|抽出の高精度ツールとしてモーメントが有効であることを支持する。