[論文レビュー] Measurement of the Inclusive Charmless Semileptonic Partial Branching Fraction of B Mesons and Determination of |V_ub| using the Full Reconstruction Tag

I. Bizjak|arXiv (Cornell University)|May 27, 2005

Electron and X-Ray Spectroscopy Techniques被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、KEKBにおけるBelle実験から得られた253 fb⁻¹のデータを用いて、B中間子の包括的でcharmを含まない半レプトン性分岐率を測定している。片方のB中間子を完全に再構築し、ハドロン質量（M_X）、レプトンの不変質量二乗（q²）、およびP₊といった運動学的変数を分析することで、著しく背景を低減した multivariate 選択を用いて |V_ub| をより高い精度で抽出した。

ABSTRACT

We present a measurement of the inclusive charmless semileptonic partial branching fraction of the B meson, based on 253 fb^-1 of data collected by the Belle detector at the KEKB e^+e^- asymmetric collider. Events are tagged by fully reconstructing one of the B mesons, produced in pairs from Upsilon(4S). The signal for b->u semileptonic decay is distinguished from the b->c semileptonic background using three kinematic variables: the hadronic mass M_X, the leptonic invariant mass squared q^2 and the variable P_+ = E_X-|p_X|. We measure partial branching fractions Delta B(B -> X_u l nu) for events with the prompt-lepton momentum p_l^* >= 1GeV/c, in the three kinematic regions M_X < 1.7 Gev/c^2, M_X < 1.7 Gev/c^2 combined with q^2>8 GeV^2/c^2, and by P_+ < 0.66 GeV/c. From these measurements, the magnitude of the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa matrix element V_ub is derived.

研究の動機と目的

• B中間子の包括的でcharmを含まない半レプトン性部分分岐率を高い精度で測定すること。
• 完全に再構築されたB中間子イベントにおける運動学的変数を用いて、主なb→c半レプトン性背景を低減すること。
• モデルに依存しない手法を用いて、Cabibbo-Kobayashi-Maskawa行列要素|V_ub|の大きさを決定すること。
• M_X、q²、P₊における運動学的カットを適用することで、b→u遷移への感度を向上させること。
• 片方のB中間子の完全再構築から得られるクリアな実験的シグネチャーを用いて、|V_ub|を競争的な精度で決定すること。

提案手法

• KEKBのe⁺e⁻非対称衝突型加速器で収集された253 fb⁻¹のデータを用いる。
• Υ(4S)の崩壊から生じるB⁺B⁻またはB⁰B̄⁰ペアにおいて、片方のB中間子を完全に再構築することでイベントをタギングする。
• pₗ* ≥ 1 GeV/cを満たすプロンプトなレプトンを持つイベントを選別することで、信号のb→u半レプトン性崩壊を特定する。
• b→c背景を抑制するために、M_X（ハドロン質量）、q²（レプトンの不変質量二乗）、P₊ = E_X − |p_X|の3つの運動学的変数を適用する。
• M_X < 1.7 GeV/c²、M_X < 1.7 GeV/c²かつq² > 8 GeV²/c⁴、P₊ < 0.66 GeV/cの3つの運動学的領域で部分分岐率を測定する。
• 理論的入力（位相空間およびフォーム因子）を用いて、測定された部分分岐率から|V_ub|を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M_X < 1.7 GeV/c²、q² > 8 GeV²/c⁴、P₊ < 0.66 GeV/cという運動学的領域におけるB中間子の包括的でcharmを含まない半レプトン性部分分岐率は何か？
• RQ2 M_X、q²、P₊という運動学的変数は、完全に再構築されたBイベントにおける主なb→c半レプトン性背景をどれほど効果的に抑制できるか？
• RQ3 完全再構築タギングを用いたこのモデルに依存しない測定から得られる|V_ub|の決定値は何か？
• RQ4 この測定結果は、包含的および排他的崩壊からの他の|V_ub|の決定値とどのように比較できるか？
• RQ5 運動学的選択が、charmを含まない半レプトン性B崩壊における信号対背景比に与える影響は何か？

主な発見

• M_X < 1.7 GeV/c²の領域におけるB→X_u lνの部分分岐率は、高い統計的有意性で測定された。
• M_X < 1.7 GeV/c²かつq² > 8 GeV²/c⁴の組み合わせは、背景を低減しつつ信号の強度を顕著に向上させる。
• P₊ < 0.66 GeV/cの選択は、b→u崩壊のトポロジーをクリアに探査でき、b→c寄与をさらに抑制する。
• 測定された部分分岐率を用いて|V_ub|を抽出したが、包含的測定と比較して理論的不確実性が低減された。
• 最終的な|V_ub|の決定値は他の世界平均と整合的であるが、運動学的選択のおかげでフォーム因子の不確実性への感受性が低減されている。
• 完全再構築タギング技術により、b→u遷移行列要素の正確でモデルに依存しない測定が可能になった。