[論文レビュー] Measurement of the branching fraction of B → τντ decays with the semileptonic tagging method

B. Kronenbitter, M. Heck+177 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、Belle実験において半レプトン的タギング法を用いて、B → τντ崩壊の分岐比を測定している。片方のB中間子を半レプトン的崩壊により再構築し、もう片方のB中間子をτ → ντ崩壊により特定することで、分岐比は(1.15 ± 0.25 ± 0.10) × 10⁻³であると報告している。これは標準模型の検証を精度よく行い、CKM行列要素|V_ub|を介して新しい物理の制約を提供する。

ABSTRACT

B. Kronenbitter, M. Heck, P. Goldenzweig, T. Kuhr, A. Abdesselam, I. Adachi, 9 H. Aihara, S. Al Said, 25 K. Arinstein, 3 D. M. Asner, T. Aushev, 21 R. Ayad, T. Aziz, A. M. Bakich, V. Bansal, E. Barberio, V. Bhardwaj, A. Bondar, 3 G. Bonvicini, A. Bozek, M. Bracko, 22 T. E. Browder, D. Cervenkov, V. Chekelian, A. Chen, B. G. Cheon, K. Chilikin, R. Chistov, K. Cho, V. Chobanova, Y. Choi, D. Cinabro, J. Dalseno, 58 M. Danilov, 36 J. Dingfelder, Z. Doležal, Z. Drasal, A. Drutskoy, 36 D. Dutta, S. Eidelman, 3 D. Epifanov, H. Farhat, J. E. Fast, T. Ferber, O. Frost, B. G. Fulsom, V. Gaur, N. Gabyshev, 3 A. Garmash, 3 D. Getzkow, R. Gillard, R. Glattauer, B. Golob, 22 J. Grygier, K. Hayasaka, H. Hayashii, X. H. He, M. Heider, A. Heller, T. Horiguchi, M. Huschle, T. Iijima, 38 K. Inami, A. Ishikawa, R. Itoh, 9 Y. Iwasaki, I. Jaegle, K. K. Joo, T. Julius, K. H. Kang, E. Kato, D. Y. Kim, H. J. Kim, J. B. Kim, J. H. Kim, K. T. Kim, M. J. Kim, S. H. Kim, Y. J. Kim, K. Kinoshita, B. R. Ko, P. Kodys, P. Križan, 22 P. Krokovny, 3 A. Kuzmin, 3 Y.-J. Kwon, J. S. Lange, D. H. Lee, I. S. Lee, P. Lewis, L. Li Gioi, J. Libby, D. Liventsev, 12 P. Lukin, 3 D. Matvienko, 3 H. Miyata, R. Mizuk, 36 G. B. Mohanty, S. Mohanty, 64 A. Moll, 58 H. K. Moon, R. Mussa, E. Nakano, M. Nakao, 9 T. Nanut, Z. Natkaniec, M. Nayak, N. K. Nisar, S. Nishida, 9 S. Okuno, S. L. Olsen, W. Ostrowicz, C. Oswald, P. Pakhlov, 36 G. Pakhlova, 21 H. Park, T. K. Pedlar, L. Pesantez, R. Pestotnik, M. Petric, L. E. Piilonen, C. Pulvermacher, E. Ribežl, M. Ritter, A. Rostomyan, S. Ryu, Y. Sakai, 9 L. Santelj, T. Sanuki, Y. Sato, V. Savinov, O. Schneider, G. Schnell, 13 M. Schram, C. Schwanda, A. J. Schwartz, K. Senyo, O. Seon, M. E. Sevior, V. Shebalin, 3 T.-A. Shibata, J.-G. Shiu, B. Shwartz, 3 A. Sibidanov, F. Simon, 58 Y.-S. Sohn, A. Sokolov, E. Solovieva, S. Stanic, M. Staric, M. Steder, T. Sumiyoshi, U. Tamponi, 63 Y. Teramoto, K. Trabelsi, 9 M. Uchida, S. Uehara, 9 T. Uglov, 37 Y. Unno, S. Uno, 9 P. Urquijo, Y. Usov, 3 C. Van Hulse, P. Vanhoefer, G. Varner, A. Vinokurova, 3 A. Vossen, M. N. Wagner, C. H. Wang, M.-Z. Wang, P. Wang, M. Watanabe, Y. Watanabe, K. M. Williams, E. Won, H. Yamamoto, S. Yashchenko, Y. Yook, Z. P. Zhang, V. Zhilich, 3 V. Zhulanov, 3 M. Ziegler, and A. Zupanc

研究の動機と目的

• 稀なB → τντ崩壊の分岐比を高精度で測定すること。
• 測定された分岐比を用いて、|V_ub|の標準模型予測を検証すること。
• 信号B中間子を特定するために半レプトン的タギング法を用いることで、系統的不確実性を低減すること。
• |V_ub|のグローバルな決定に貢献し、標準模型を超える新しい物理の探査を行うこと。

提案手法

• 半レプトン的タギング法は、B → D*ℓνなどの半レプトン的崩壊によりイベント内の1つのB中間子を特定する。
• もう1つのB中間子は、B → τντ崩壊により再構築され、τレプトンはハドロンとニュートリノに崩壊する。
• 運動量的制約と頂点再構築を用いて、τ → ντ崩壊の生成粒子を特定し、B → τντ候補を再構築する。
• 多変量解析手法と詳細なモンテカルロシミュレーションを用いて、信号効率とバックグラウンドの抑制を最適化する。
• 選択基準を変化させたり制御サンプルを用いたりして、系統的不確実性を評価する。
• 最終的な分岐比は、B → τντ候補のインヴァリエント質量分布に対する非バッチド最尤フィットを用いて抽出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 稀なB → τντ崩壊の正確な分岐比は何か？
• RQ2 測定された分岐比は、|V_ub|の標準模型予測とどのように比較されるか？
• RQ3 半レプトン的タギング法は、この測定における系統的不確実性をどの程度低減するか？
• RQ4 この測定は、標準模型を超える|V_ub|への新しい物理の寄与を制約できるか？

主な発見

• B → τντ崩壊の測定された分岐比は(1.15 ± 0.25 ± 0.10) × 10⁻³であり、標準模型の予測と整合的である。
• 最初の不確実性は統計的であり、2番目の不確実性は系統的である。分析の高精度を反映している。
• この結果から|V_ub| = (3.76 ± 0.41 ± 0.18) × 10⁻³が得られ、包含的および排他的崩壊からの他の決定と一致する。
• この測定により、B → τντ崩壊からの|V_ub|の精度が向上し、以前の研究と比較して全体の不確実性が低減された。
• この分析は、バックグラウンドを抑制し信号純度を向上させる半レプトン的タギング法の有効性を示している。
• 標準模型からの顕著なずれは観測されず、CKM行列要素の現在の理解を支持する。