[論文レビュー] Measurement of the branching fractions and mass spectra for $ au$ lepton decays including $K_{S}^{0}$ at Belle

S. Ryu|arXiv (Cornell University)|Feb 19, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、Belleが取得した669 fb$^{-1}$のデータを用いて、$K_S^0$崩壊を含むτレプトンの分岐比について、これまでで最も高精度な測定を実施した。$\tau \to \pi^-K_S^0\pi^0\nu_\tau$および$\tau \to K^-K_S^0\pi^0\nu_\tau$のアンフォールド質量スペクトルが提示され、1278 MeV/c$^2$に共鳴状態が観測され、$f_1(1285)$と整合的であることが示された。また、$\tau \to \pi^-K_S^0K_S^0\pi^0\nu_\tau$の観測が初めて報告され、分岐比は$(2.06 \pm 0.13 \pm 0.14) \times 10^{-5}$であった。

ABSTRACT

We report a study of $ au$ lepton decays involving $\Ks$ with a 669 fb$^{-1}$ data sample accumulated with the Belle detector at the KEKB asymmetric-energy $e^{+}e^{-}$ collider. The branching fractions have been measured for the $ auTO \piKs u_{ au}$, $\KKs u_{ au}$, $\piKspizero u_{ au}$, $\KKspizero u_{ au}$, $\piKsKs u_{ au}$ and $\piKsKspizero u_{ au}$ decays. We also provide the unfolded mass spectra for $ auTO \piKspizero u_{ au}$ and $ auTO \KKspizero u_{ au}$.

研究の動機と目的

• 大規模なデータサンプルを用いて、$K_S^0$メソンを含む$\tau$レプトン崩壊の分岐比をより高精度に測定すること。
• 特にカビボ・抑制されたおよびマルチ・ブランチモードを含む$\tau$崩壊のハドロン的構造を研究し、$|V_{us}|$のような標準模型パラメータを検証すること。
• $\tau \to \pi^-K_S^0\pi^0\nu_\tau$および$\tau \to K^-K_S^0\pi^0\nu_\tau$のアンフォールド不変質量スペクトルを提供し、共鳴的寄与を調査すること。
• 不変質量再構成を用いて、$K_S^0K_S^0\pi^0$最終状態における$f_1(1285)$共鳴の特定および特徴付けを行うこと。

提案手法

• KEKBで取得されたBelle検出器による616 × 10$^6$の$\tau^+\tau^-$イベントを用い、レプトンタグ付きおよびハドロンタグ付きのイベント選別により、$K_S^0$を含む崩壊モードを分離した。
• 二重タグギング戦略を採用：単一$K_S^0$モードにはレプトンタグギング、複数$K_S^0$モードにはレプトン・ハドロンの併用タグギングを用い、信号収率を向上させた。
• 尤度に基づく粒子識別(PID)システムと頂点フィッティングを用い、$K_S^0 \to \pi^+\pi^-$および$\pi^0 \to \gamma\gamma$の再構成に、サイドバンド減算を適用してバックグラウンドを抑制した。
• 制御サンプル（例：$D^* \to D^0\pi^-$、$D^0 \to K_S^0\pi^+\pi^-$）から得た効率行列および検出器補正係数を用いて、PIDおよび再構成の非効率を補正した。
• 特異値分解(SVD)アンフォールディングを用いて、$K_S^0\pi^0$および$K_S^0K_S^0\pi^0$系の真の不変質量スペクトルを再構成し、検出器分解能およびクロスフィードの影響を補正した。
• $K_S^0K_S^0\pi^0$質量分布に、ブライト・ウィグナー信号関数と2次多項式バックグラウンドをフィットし、$f_1(1285)$の共鳴パラメータを抽出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 669 fb$^{-1}$のデータを用いて、$\tau \to \pi^-K_S^0\nu_\tau$、$\tau \to K^-K_S^0\nu_\tau$、$\tau \to \pi^-K_S^0\pi^0\nu_\tau$、$\tau \to K^-K_S^0\pi^0\nu_\tau$の分岐比を、より高精度に測定できるか？
• RQ2 $\pi^-K_S^0K_S^0\pi^0\nu_\tau$崩壊モードにおける$f_1(1285)$共鳴の寄与は何か？その質量と幅は？
• RQ3 検出器分解能および崩壊モード間のクロスフィードが観測された質量スペクトルをどの程度歪め、その歪みはどの程度補正可能か？
• RQ4 $\tau \to \pi^-K_S^0K_S^0\pi^0\nu_\tau$の分岐比の最初の測定値は何か？その有意性は？
• RQ5 効率、バックグラウンド推定、ハドロン的モデル化の系統的不確実性が、最終的な分岐比結果にどの程度影響を与えるか？

主な発見

• $\tau \to \pi^-K_S^0\nu_\tau$の分岐比は$(4.13 \pm 0.01 \pm 0.12) \times 10^{-3}$と測定され、以前の結果と整合的であるが、より高精度となった。
• $\tau \to K^-K_S^0\nu_\tau$の分岐比は$(7.36 \pm 0.04 \pm 0.29) \times 10^{-4}$であり、これまでで最も高精度な測定の一つである。
• $\tau \to \pi^-K_S^0K_S^0\pi^0\nu_\tau$の初観測により、分岐比は$(2.39 \pm 0.03 \pm 0.09) \times 10^{-4}$と得られた。
• $\tau \to \pi^-K_S^0K_S^0\pi^0\nu_\tau$の最初の測定では、分岐比は$(2.06 \pm 0.13 \pm 0.14) \times 10^{-5}$であった。
• $K_S^0K_S^0\pi^0$不変質量スペクトルには、1278 \pm 4 MeV/c$^2$に明確なピークが観測され、$f_1(1285)$共鳴と整合的である。幅は35 \pm 9 MeV/c$^2$であった。
• $\tau \to f_1(1285)\pi^-\nu_\tau \to \pi^-K_S^0K_S^0\pi^0\nu_\tau$の分岐比は$(1.05 \pm 0.24) \times 10^{-5}$と測定され、この共鳴からの寄与が顕著であることが示された。