[論文レビュー] Measurement of the $τ$ lepton polarization in the decay ${\bar B} ightarrow D^* τ^- {\bar ν_τ}$

A. Abdesselam, I. Adachi+450 more|arXiv (Cornell University)|Aug 23, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 26

ひとこと要約

この論文は、Belle実験がKEKB $e^+e^-$衝突機で収集した77200万件の $B\bar{B}$ 事象を用いて、$\bar{B} \to D^* \tau^- \bar{\nu}_\tau$ 衰えにおける $\tau$ レプトンの偏光 $P_\tau$ の最初の測定を提示する。結果は $P_\tau = -0.44 \pm 0.47~(\text{stat.})^{+0.20}_{-0.17}~(\text{syst.})$ であり、標準模型予測と0.6$\sigma$のずれで一致しており、$B$ 衰えにおけるレプトン普遍性の精度テストを提供する。

ABSTRACT

We report the first measurement of the $τ$ lepton polarization in the decay ${\bar B} ightarrow D^* τ^- {\barν_τ}$ as well as a new measurement of the ratio of the branching fractions $R(D^{*}) = \mathcal{B}({\bar B} ightarrow D^* τ^- {\barν_τ}) / \mathcal{B}({\bar B} ightarrow D^* \ell^- {\barν_{\ell}})$, where $\ell^-$ denotes an electron or a muon, with the decays $τ^- ightarrow π^- ν_τ$ and $τ^- ightarrow ρ^- ν_τ$. We use the full data sample of $772 imes 10^6$ $B{\bar B}$ pairs accumulated with the Belle detector at the KEKB electron-positron collider. Our preliminary results, $R(D^*) = 0.276 \pm 0.034{ m (stat.)} ^{+0.029} _{-0.026}{ m (syst.)}$ and $P_τ = -0.44 \pm 0.47 { m (stat.)} ^{+0.20} _{-0.17} { m (syst.)}$, are consistent with the theoretical predictions of the Standard Model within $0.6$ standard deviation.

研究の動機と目的

• 最初に $\bar{B} \to D^* \tau^- \bar{\nu}_\tau$ 衰えにおける $\tau$ レプトン偏光を測定すること。
• $B$ 衰えの精度測定を通じてレプトン普遍性をテストし、標準模型を超える新しい物理を探索すること。
• ハドロン的 $\tau$ 衰えモードを用いて $R(D^*)$ 確率のより良い決定を図ること。
• $R(D^*)$–$P_\tau$ 平面における測定された $P_\tau$ が標準模型予測と整合するかを評価すること。

提案手法

• 分析には、KEKB $e^+e^-$衝突機でBelle検出器が収集した77200万件の $B\bar{B}$ 事象が使用される。
• 信号事象は、ハドロン的衰え $\tau^- \to \pi^- \nu_\tau$ および $\tau^- \to \rho^- \nu_\tau$ を用いて再構成される。
• 信号の4つのサンプル（$\bar{B}^0$、$B^-$ が $D^*$ を $\pi^-$ や $\rho^-$ ととともに崩壊するもの）を同時にフィットして $R(D^*)$ と $P_\tau$ を抽出する。
• フィットには、信号とバックグラウンドを分離し、$P_\tau$ を抽出するためにヘリシティ角 $\cos\theta_{\rm hel}$ の分布が用いられる。
• 選別基準、バックグラウンドモデル、検出器応答の変更により、システムティック不確実性が評価される。
• $R(D^*)$ と $P_\tau$ はすべてのサンプルに共通のフィットパラメータとして扱われ、統計的誤差が相関している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $\bar{B} \to D^* \tau^- \bar{\nu}_\tau$ 衰えにおける $\tau$ レプトン偏光の測定値は何か？
• RQ2 測定された $P_\tau$ は標準模型予測とどのように比較されるか？
• RQ3 測定された $R(D^*)$ は標準模型と整合するか？また、$P_\tau$ とどのように相関するか？
• RQ4 統合された $R(D^*)$–$P_\tau$ 測定は、標準模型から顕著なずれを示すか？

主な発見

• 測定された $\tau$ レプトン偏光は $P_\tau = -0.44 \pm 0.47~(\text{stat.})^{+0.20}_{-0.17}~(\text{syst.})$ である。
• この結果は、標準模型予測と0.6$\sigma$のずれで一致している。
• 測定された $R(D^*) = 0.276 \pm 0.034~(\text{stat.})^{+0.029}_{-0.026}~(\text{syst.})$ は標準模型と整合している。
• 統合された $R(D^*)$–$P_\tau$ 測定では、標準模型からの顕著なずれは観測されなかった。
• 信号とバックグラウンドの分布を $\cos\theta_{\rm hel}$ バインに分け、詳細な比較を通じてフィット結果の妥当性が確認された。
• 統計的およびシステムティック不確実性は良好に制御されており、共通のフィットパラメータのため、サンプル間で相関誤差が生じている。