[論文レビュー] Measurement of the semileptonic $\bar{B}^0 o D^{*+} \ell^{-} u_{\ell}$ branching fraction with fully reconstructed $B$ meson decays and 34.6 fb$^{-1}$of Belle II data

F. Abudinén, I. Adachi+539 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2020

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、完全に再構成されたB中間子を用いた34.6 fb$^{-1}$のBelle IIデータを用いて、$ar{B}^0 \to D^{*+} \ell^- \nu_\ell$の半レプティック分岐率の最初の測定を提示している。測定された分岐率は$4.51 \pm 0.41_{\text{stat}} \pm 0.27_{\text{syst}} \pm 0.45_{\pi}$\%であり、世界平均と整合的で、将来の$B \to \tau \bar{\nu}_\tau$および$B \to D^{(*)} \tau \bar{\nu}_\tau$研究の基盤を提供する。

ABSTRACT

We present a first measurement of the $\bar{B^{0}} ightarrow D^{*+} \ell^{-} u_{\ell}$ branching fraction using fully reconstructed $B$ meson decays employing the Full Event Interpretation algorithm. Collision events corresponding to an integrated luminosity of \lumi are analyzed, which were recorded by the Belle~II detector operated at the SuperKEKB accelerator complex. We measure$\cal{B}(\bar{B^{0}} ightarrow D^{*+} \ell^{-} u_{\ell}) =4.51 \pm 0.41_{stat}\pm0.27_{syst} \pm0.45_{\pi_s}$, with the first and second error denoting the statistical and systematic uncertainty, respectively, and the third dominant uncertainty is from the slow pion reconstruction efficiency.

研究の動機と目的

• 完全に再構成された$B$中間子崩壊を用いて、$\bar{B}^0 \to D^{*+} \ell^- \nu_\ell$の半レプティック分岐率を測定すること。
• 34.6 fb$^{-1}$のBelle IIデータを用いて、分岐率を高精度で決定すること。
• 完全イベント解釈アルゴリズムの性能を、$B$中間子崩壊の再構成において検証すること。
• 将来の$\tau$レプトンを含むレア$B$崩壊測定、たとえば$B \to \tau \bar{\nu}_\tau$の基盤を築くこと。
• $B$崩壊における$\tau$レプトン崩壊からの欠落エネルギーを検出するためのEECL（エネルギー過剰キャリブレーター光子）観測量の重要性を評価すること。

提案手法

• 分析では、$\varUpsilon(4S)$共鳴状態における$e^+e^-$衝突から完全なハドロン的$B$崩壊を再構成するために、完全イベント解釈（FEI）アルゴリズムを用いる。
• 再構成された$B$中間子は、$M_{\text{miss}}^2$および$\Delta E$変数を含む、運動学的およびトポロジカル制約によって特定される。
• $D^{*+}$中間子は、$D^{*+} \to D^0 \pi^+$の崩壊を介して再構成され、$D^0$は$K^- \pi^+$、$K^- \pi^+ \pi^+ \pi^-$、または$K^- \pi^+ \pi^0$に崩壊する。
• 組み合わせ的バックグラウンドを抑制し、信号純度を向上させるために、多変量BDT（ブーストド・ディシジョンツリー）選択が適用される。
• 分岐率は、$M_{\text{miss}}^2$分布に対する最尤フィットを用いて抽出され、系統的不確実性はパイオン効率、トラッキング、キャリブレーションから評価される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 34.6 fb$^{-1}$のBelle IIデータにおける完全に再構成された$B$崩壊を用いて、$\bar{B}^0 \to D^{*+} \ell^- \nu_\ell$の測定された分岐率は何か？
• RQ2 信号純度とバックグラウンド抑制の観点から、完全イベント解釈アルゴリズムの性能は、従来の再構成手法と比べてどうか？
• RQ3 $B$中間子崩壊における$\tau$レプトン崩壊からの欠落エネルギーを検出するためのEECL観測量の役割は何か？
• RQ4 特に遅いパイオン効率からの系統的不確実性は、最終的な分岐率測定にどのように影響するか？
• RQ5 この測定は、将来の$B \to \tau \bar{\nu}_\tau$および$B \to D^{(*)} \tau \bar{\nu}_\tau$分析のキャリブレーションとして、どの程度有効に使えるか？

主な発見

• $\bar{B}^0 \to D^{*+} \ell^- \nu_\ell$の測定された分岐率は$4.51 \pm 0.41_{\text{stat}} \pm 0.27_{\text{syst}} \pm 0.45_{\pi}$\%である。
• この結果は現在の世界平均と整合的であり、Belle IIの再構成および解析チェーンの妥当性を検証している。
• 最大の系統的不確実性は、$D^{*+}$崩壊における遅いパイオンの識別効率に起因する。
• EECL観測量は、データとシミュレーションの間に良好な一致を示しており、将来の$B \to \tau \bar{\nu}_\tau$解析における利用を支持する。
• 完全イベント解釈アルゴリズムは、高い信号純度と低いバックグラウンド汚染を伴って$B$崩壊を効果的に再構成できた。
• 本研究は、標準模型を超えた新しい物理を探索するための鍵となる、$B \to \tau \bar{\nu}_\tau$崩壊の将来の測定のための重要なベンチマークを提供する。