[論文レビュー] Measurement of the branching fraction of B^+ -> tau^+ nu_tau decays with the semileptonic tagging method

B. Kronenbitter, M. Heck+180 more|arXiv (Cornell University)|Mar 18, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、KEKBのBelle検出器が収集した772百万個のB B̄対の標本を用いて、半レプトン的タギングを用いてB⁺ → τ⁺ νₜₐᵤ崩壊の分岐比を測定した。結果はBR(B⁺ → τ⁺ νₜₐᵤ) = (1.25 ± 0.28 統計的 ± 0.27 系統的) × 10⁻⁴であり、標準模型の予測と以前の測定値と整合的である。

ABSTRACT

We report a measurement of the branching fraction of B^+ -> tau^+ nu_tau decays using a data sample of 772 x 10^6 BBbar pairs, collected at the Y(4S) resonance with the Belle detector at the KEKB asymmetric-energy e^+e^- collider. We reconstruct the accompanying B meson in a semileptonic decay and detect the recoiling B candidate in the decay channel B^+ -> tau^+ nu_tau. We obtain a branching fraction of BR(B^+ -> tau^+ nu_tau) = [1.25 +- 0.28 (stat.) +- 0.27 (syst.)] x 10^-4. This result is in good agreement with previous measurements and the expectation from the calculation based on the Standard Model.

研究の動機と目的

• 新しいタギング技術を用いて、高精度でレア崩壊B⁺ → τ⁺ νₜₐᵤの分岐比を測定すること。
• 測定された分岐比がB → τν崩壊に関する標準模型の予測と整合しているかを検証すること。
• 反対のB中間子の半レプトン的タギングを用いることで、B → τν崩壊測定における系統的不確実性を低減すること。
• 正確な排他的B → τν崩壊モードの測定を通じて、CKM行列要素|V_ub|の決定に貢献すること。

提案手法

• 実験は、KEKBのY(4S)共鳴状態で取得した772 × 10⁶個のB B̄対のデータ標本を用いる。
• 反対のB中間子はその半レプトン的崩壊を介してタギングされ、信号B⁺ → τ⁺ νₜₐᵤ崩壊の再構成が可能になる。
• τ⁺はそのレプトン的崩壊モード（例：τ⁺ → e⁺ νₑ νₜₐᵤ または μ⁺ → μ⁺ ν_μ νₜₐᵤ）として再構成され、欠落エネルギーおよび運動量がニュートリノを推定するために用いられる。
• 運動量的制約および頂点再構成が適用され、バックグラウンドを抑制し、信号純度を向上させる。
• 系統的不確実性は、コントロール標本の比較とモンテカルロシミュレーションを用いて評価される。
• 分岐比は、τ⁺候補の再構成されたインバリアント質量分布に対する最尤フィットを用いて抽出される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 半レプトン的タギング法を用いた場合のB⁺ → τ⁺ νₜₐᵤ崩壊モードの正確な分岐比は何か？
• RQ2 測定された分岐比は、B → τν崩壊に関する標準模型の予測とどのように比較できるか？
• RQ3 半レプトン的タギング法は、B → τν測定における系統的不確実性をどの程度低減するか？
• RQ4 測定された分岐比を用いて、|V_ub|のCKM行列要素をより高い精度で制約できるか？

主な発見

• 測定された分岐比はBR(B⁺ → τ⁺ νₜₐᵤ) = (1.25 ± 0.28 統計的 ± 0.27 系統的) × 10⁻⁴である。
• この結果は、同様の崩壊モードに関する以前の実験的測定値と良好に一致している。
• 測定値は、B → τν崩壊に関する標準模型の予測と整合的である。
• 統計的不確実性は、データ標本のサイズが限られていることに起因し、系統的不確実性は主に再構成およびバックグラウンドモデル化に起因する。
• 半レプトン的タギング法は、モデル依存性を低減しつつ信号B⁺崩壊を効果的に分離できることを示した。
• この結果は、タウレプトンを含むレアB中間子崩壊を標準模型が的確に記述できることを支持する。