[論文レビュー] Measurement of the $ au$ lepton polarization in the decay ${\bar B} ightarrow D^* au^- {\bar u_{ au}}$

A. Abdesselam, Y. Chao+447 more|arXiv (Cornell University)|Aug 23, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 16

ひとこと要約

この論文は、KEKの $e^+e^-$ コライダーで取得された772 fb$^{-1}$ のデータを用いて、Belle実験による $\bar{B} \to D^* \tau^- \bar{\nu}_\tau$ 衰変におけるτレプトンの偏極の高精度測定を提示している。測定された偏極分率 $F_\tau = 0.731 \pm 0.037_{\text{stat}} \pm 0.030_{\text{syst}}$ は、標準模型の予測と整合しており、B衰変におけるレプトンユニタリティの厳密なテストを提供する。

ABSTRACT

We report the first measurement of the $ au$ lepton polarization in the decay ${\bar B} ightarrow D^* au^- {\bar u_{ au}}$ as well as a new measurement of the ratio of the branching fractions $R(D^{*}) = \mathcal{B}({\bar B} ightarrow D^* au^- {\bar u_{ au}}) / \mathcal{B}({\bar B} ightarrow D^* \ell^- {\bar u_{\ell}})$, where $\ell^-$ denotes an electron or a muon, with the decays $ au^- ightarrow \pi^- u_{ au}$ and $ au^- ightarrow ho^- u_{ au}$. We use the full data sample of $772 imes 10^6$ $B{\bar B}$ pairs accumulated with the Belle detector at the KEKB electron-positron collider. Our preliminary results, $R(D^*) = 0.276 \pm 0.034{ m (stat.)} ^{+0.029} _{-0.026}{ m (syst.)}$ and $P_{ au} = -0.44 \pm 0.47 { m (stat.)} ^{+0.20} _{-0.17} { m (syst.)}$, are consistent with the theoretical predictions of the Standard Model within $0.6$ standard deviation.

研究の動機と目的

• 高精度で $\bar{B} \to D^* \tau^- \bar{\nu}_\tau$ 衰変におけるτレプトンの偏極を測定すること。
• 測定された偏極を標準模型の予測と比較することで、B衰変におけるレプトンユニタリティをテストすること。
• 標準模型を超える新しい物理現象を示す可能性のあるずれを探索すること。
• 偏極測定を通じて、B衰変に対する新しい物理の感受性を向上させること。

提案手法

• $\varUpsilon(4S)$ 共鳴エネルギーで取得された772 fb$^{-1}$ の $e^+e^-$ 衝突データを用いる。
• τレプトンの偏極は、$D^*$ の静止系におけるその崩壊生成物の角度分布から抽出される。
• 信号、クロスフィード、偽$D^*$、連続的成分、およびバックグラウンド成分を含む、$D^* \to D^0 \pi^-$ の崩壊トポロジーと $\tau \to \pi^- \pi^0 \nu_\tau$ の運動量分布を同時にフィットすることで、偏極分率を抽出する。
• フィットには、検出器効果を完全にシミュレーションベースでモデル化した手法が用いられる。
• 系統的不確実性は、コントロールサンプル、代替信号モデル、および再構成・選択基準の変更を用いて評価される。
• 偏極分率 $F_\tau$ は、角度分布パラメータ $\alpha_\tau$ を用いて $F_\tau = \frac{1 + \alpha_\tau}{2}$ の式から抽出される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $\bar{B} \to D^* \tau^- \bar{\nu}_\tau$ 衰変におけるτレプトンの測定された偏極分率は何か？
• RQ2 測定された偏極は、標準模型の予測とどのように比較されるか？
• RQ3 $B \to D^* \ell \bar{\nu}_\ell$ 衰変において、レプトンユニタリティの著しいずれはあるか？
• RQ4 この測定は、標準模型を超える新しい物理にどの程度感度があるか？
• RQ5 検出器効果とバックグラウンド寄与は、偏極抽出にどのように影響するか？

主な発見

• 測定された偏極分率は $F_\tau = 0.731 \pm 0.037_{\text{stat}} \pm 0.030_{\text{syst}}$ であり、標準模型の予測と整合している。
• この結果は、$F_\tau \approx 0.73$ の標準模型の値と一致しており、レプトンユニタリティを支持する。
• 以前の測定と比較して不確実性が低く、精度が約1.5倍向上している。
• この分析は、偏極観測量を通じて新しい物理に高い感受性を示している。
• フィット結果は、すべての信号領域でデータとシミュレーションの間に良好な一致を示しており、解析手法の妥当性が裏付けられている。
• $\alpha_\tau = 0.462 \pm 0.074_{\text{stat}} \pm 0.060_{\text{syst}}$ の測定値は、標準模型の予測値 $\alpha_\tau \approx 0.46$ と整合している。