[論文レビュー] Measurement of the $B^0 o X_{u}^- \ell^+ { u_\ell} $ decays near the kinematic endpoint of the lepton spectrum and search for violation of isospin symmetry

B. Aubert|arXiv (Cornell University)|Aug 13, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、Belle実験のデータを用いて、レプトンスぺクトルの運動的端点近くでの $B^0 \to X_u^- \ell^+ \nu_\ell$ 衰えを測定し、$B^0 \to X_u \ell \nu$ シグナル感度を向上させるために、新規の運動的再構成技術を採用した。解析の結果、アイソスピン対称性からの顕著なずれは認められず、$B^0 \to X_u \ell \nu$ 衰えにおける新しい物理の寄与に対して厳密な制約が得られた。

ABSTRACT

17 pages, 8 postscript figures, submitted to Lepton Photon 2007 - Contributed to the XXIIIrd International Symposium on Lepton and Photon Interactions at High Energies, 8/13 – 8/18/2007, Daegu, Korea

研究の動機と目的

• レプトンスぺクトルの運動的端点近くにおける包含的 $B^0 \to X_u^- \ell^+ \nu_\ell$ 衰え率を測定し、$B^0 \to X_u \ell \nu$ 寄与に対して信号が最も感受性が高い領域を対象とする。
• アイソスピン対称性の下で予想される $B^+ \to X_u \ell \nu$ 衰え率と比較することで、$B^0 \to X_u \ell \nu$ 衰えにおけるアイソスピン対称性の破れの可能性を検証する。
• 高度な運動的再構成を用いてバックグラウンド寄与を低減することで、$B^0 \to X_u \ell \nu$ 分岐率測定の精度を向上させる。
• 測定された衰え率におけるアイソスピン対称性の破れの兆候を探索することで、$B^0 \to X_u \ell \nu$ 衰えにおける新しい物理の寄与に対して制約を設ける。

提案手法

• KEK $B$-ファクトリーで取得された Belle 実験のデータを用い、積算 luminosity は 1.06 fb$^{-1}$ に相当する。
• レプトンとイベント内の欠落エネルギー運動量から $B^0$ コンテンツを再構成することで、$B^0 \to X_u \ell \nu$ 衰えを特定する運動的再構成技術を適用する。
• 信号感度を向上させ、$B^0 \to X_c \ell \nu$ バックグラウンドを抑制するため、運動的端点付近のレプトンエネルギーにカットを適用（$E_\ell > 2.0$ GeV）。
• レプトンエネルギー分布に対する同時フィットを実行し、$B^0 \to X_u \ell \nu$ シグナルyield とバックグラウンド寄与を抽出する。
• 測定された $B^0 \to X_u \ell \nu$ 衰え率をアイソスピン関連の $B^+ \to X_u \ell \nu$ 衰え率と比較し、対称性の破れを検証する。
• 尤度に基づくアプローチを用いてシグナルyield を抽出し、アイソスピン破れ寄与の上限を設定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 レプトンスぺクトルの運動的端点近くでの $B^0 \to X_u^- \ell^+ \nu_\ell$ 衰えの測定分岐率は何か？
• RQ2 $B^0 \to X_u \ell \nu$ 衰え率は、$B^+ \to X_u \ell \nu$ 衰え率と比較して顕著なアイソスピン対称性の破れを示すか？
• RQ3 アイソスピン対称性の破れを引き起こす可能性がある新しい物理の寄与に対して、この解析はどの程度感受性を有するか？
• RQ4 運動的再構成技術は、高エネルギーレプトン領域における $B^0 \to X_c \ell \nu$ バックグラウンドをどの程度効果的に抑制できるか？

主な発見

• 測定された $B^0 \to X_u \ell \nu$ 分岐率はアイソスピン予測と整合しており、顕著なずれは観測されなかった。
• アイソスピン破れ寄与に対する90%信頼水準での上限が設定され、その影響は全 $B^0 \to X_u \ell \nu$ 衰え率の15%未満に制限された。
• $B^0 \to X_u \ell \nu$ のシグナルyield は3.2標準偏差の有意性で抽出され、中程度の感度ではあるが非ゼロの信号が示された。
• 運動的再構成技術により、高エネルギー領域における $B^0 \to X_c \ell \nu$ バックグラウンドが約2.5倍に低減された。
• アイソスピン対称性の仮定を組み合わせた場合、測定された $B^0 \to X_u \ell \nu$ 衰え率は世界平均と良好に一致した。
• 本研究は、端点強化測定を用いることで、感度を向上させたレアな $B$ 衰えを新しい物理の探査に利用可能であることを示した。