[論文レビュー] Measurement of the inclusive electron spectrum in charmless semileptonic B decays near the kinematic endpoint and determination of |Vub|

B. Aubert, P. Tan|ArXiv.org|Aug 16, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、B A B AR実験で得られた8800万個のB⁰B̄⁰イベントを用いて、励起端近傍のcharmless半レプトン的B崩壊における包含的電子スぺクトルの予備的測定を提示する。2.0–2.6 GeV/cの電子運動量範囲における部分的分岐率はΔℬ = (0.480 ± 0.029_stat ± 0.053_syst) × 10⁻³として測定され、|V_ub| = (3.94 ± 0.25_exp ± 0.37_fᵤ ± 0.19_theory) × 10⁻³の決定に繋がり、CKM行列要素の実験的精度が向上する。

ABSTRACT

We study the inclusive electron spectrum of B->X_u e nu decays near the kinematic limit for B->X_c e nu transitions using a sample of 88 million Upsilon(4S) decays recorded by the BABAR detector at the PEP II e+e- storage rings. For the electron momentum interval of 2.0 - 2.6 GeV/c the partial branching fraction is measured to be DeltaB(B->X_u e nu) = (0.480 +/- 0.029_{stat} +/- 0.053_{syst})x10^{-3}. Combining this result on with measurements of the inclusive photon spectrum in B->X_s gamma transition we find |V_ub|=(3.94 +/- 0.25_{exp} +/- 0.37_{f_u} +/- 0.19_{theory})x10^{-3}, where the first error represents the combined statistical and systematic experimental uncertainty of the partial branching fraction measurement, the second refers to the uncertainty of the determination of the fraction f_u of the inclusive electron spectrum that falls within our cuts, and the third error is due to theoretical uncertainties in the QCD corrections, plus the uncertainty in the b-quark mass. All results are preliminary.

研究の動機と目的

• 励起端近傍のcharmless半レプトン的B崩壊（B → Xᵤeν）における包含的電子スぺクトルを測定し、CKM行列要素|V_ub|の決定精度を向上させること。
• B → Xc eν崩壊からの寄与を最小限に抑えるために、2.0–2.6 GeV/cの電子運動量範囲を選択することで、部分的分岐率の実験的不確実性を低減すること。
• 測定された部分的分岐率を、CLEOが測定したB → Xsγ崩壊からの包含的光子スぺクトルデータと組み合わせ、|V_ub|をより高い精度で抽出すること。
• QCD補正およびbクォーク質量の理論的不確実性が最終的な|V_ub|決定に与える影響を評価すること。
• B → Xsγスぺクトルから導かれる形状関数パラメータ（特に最近のBelleおよびCLEO測定結果）が抽出された|V_ub|値に与える感度を評価すること。

提案手法

• PEP-II e⁺e⁻衝突器で得られたB A B AR検出器による8800万個のB⁰B̄⁰イベントを分析し、励起端近傍のB → Xᵤeν崩壊を研究する。
• B → Xc eν崩壊からの汚染を最小限に抑えるために、2.0–2.6 GeV/cの電子運動量範囲に限定するための運動量カットを適用する。
• イベント再構成および粒子識別技術を用いて、この運動量範囲における部分的分岐率Δℬ(B → Xᵤeν)を測定する。
• 測定されたΔℬを、CLEOが測定したB → Xsγ光子スぺクトルから導かれるB → Xᵤeνに起因する包含的電子スぺクトルの割合fᵤと組み合わせる。
• QCD補正およびbクォーク質量の理論的計算を用いて、測定された分岐率を|V_ub|の値に変換する。
• 実験的不確実性、fᵤの不確実性、理論的不確実性を抽出手順にわたって伝搬させ、最終的な|V_ub|の誤差分解を求める。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 励起端近傍の2.0–2.6 GeV/cの電子運動量範囲におけるB → Xᵤeν崩壊の部分的分岐率は何か？
• RQ2 charmless半レプトン的B崩壊における包含的電子スぺクトルを用いることで、|V_ub|はどの程度高い精度で決定できるか？
• RQ3 QCD補正およびbクォーク質量の理論的不確実性が|V_ub|の決定に与える影響は何か？
• RQ4 B → Xsγスぺクトルから得られる形状関数パラメータ（例：CLEO対Belle）の違いが抽出された|V_ub|値に与える影響は何か？
• RQ5 fᵤ、すなわちB → Xᵤeνに起因する電子の割合に関する実験的不確実性が、|V_ub|の精度にどの程度制限を及えるか？

主な発見

• 2.0–2.6 GeV/cの電子運動量範囲におけるB → Xᵤeν崩壊の部分的分岐率は、Δℬ = (0.480 ± 0.029_stat ± 0.053_syst) × 10⁻³として測定された。
• この結果をCLEOが測定したfᵤ（B → Xsγ崩壊からのもの）と組み合わせることで、|V_ub| = (3.94 ± 0.25_exp ± 0.37_fᵤ ± 0.19_theory) × 10⁻³が得られ、最初の誤差は全実験的不確実性を表す。
• より最近のBelleによるb → sγスぺクトルパラメータ（a = 2.27、m_b^SF = 4.62 GeV/c²）を用いた場合、2.0–2.6 GeV/c区間における|V_ub|値は(4.40 ± 0.24_exp ± 0.28_fᵤ ± 0.21_theory) × 10⁻³に増加する。
• Belleの形状関数パラメータを用いると、部分的分岐率はΔℬ = 0.531 × 10⁻³にまで上昇し、B → Xᵤeν崩壊からの寄与が予測されるほど高くなる。
• Belleパラメータを用いた場合、B → Xᵤeνの全分岐率は2.16 × 10⁻³と推定され、誤差範囲内で従来の予想と整合的である。
• QCD補正およびbクォーク質量の理論的不確実性が、最終的な|V_ub|決定における最大の系統的誤差を占めており、理論的モデルの改善が求められることが示された。