[論文レビュー] Precise determination of the CKM matrix element $\left| V_{cb} ight|$ with $\bar B^0 o D^{*\,+} \, \ell^- \, \bar ν_\ell$ decays with hadronic tagging at Belle

The Belle Collaboration, A. Abdesselam+462 more|arXiv (Cornell University)|Feb 6, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 36

ひとこと要約

本論文は、Belle実験におけるハドロン的タギングを用いた完全再構成された $\bar{B}^0 \to D^{*+} \ell^- \bar{\nu}_\ell$ 衰えを用いて、CKM行列要素 |V_{cb}| の高精度な決定を提示する。運動量変数―再結合パラメータ $w$ と3つの崩壊角―における全量および微分的崩壊率を測定することで、分析は $|V_{cb}| = (37.4 \pm 1.3) \times 10^{-3}$ を得た。これは世界平均と整合的であり、理論との直接比較を可能にする初のアンフォールド微分的崩壊幅を報告する。

ABSTRACT

The precise determination of the CKM matrix element $\left| V_{cb} ight|$ is important for carrying out tests of the flavour sector of the Standard Model. In this article we present a preliminary analysis of the $\bar B^0 o D^{*\,+} \, \ell^- \, \bar ν_\ell$ decay mode and its charge conjugate, selected in events that contain a fully reconstructed $B$-meson, using 772 million $e^+ \, e^- o Υ(4S) o B \bar B$ events recorded by the Belle detector at KEKB. Unfolded differential decay rates of four kinematic variables fully describing the $\bar B^0 o D^{*\,+} \, \ell^- \, \bar ν_\ell$ decay in the $B$-meson rest frame are presented. We measure the total branching fraction $\mathcal{B}( \bar B^0 o D^{*\,+} \, \ell^- \, \bar ν_\ell ) = \left(4.95 \pm 0.11 \pm 0.22 ight) imes 10^{-2}$, where the errors are statistical and systematic respectively. The value of $\left|V_{cb} ight|$ is determined to be $\left( 37.4 \pm 1.3 ight) imes 10^{-3}$. Both results are in good agreement with current world averages.

研究の動機と目的

• 完全再構成された $\bar{B}^0 \to D^{*+} \ell^- \bar{\nu}_\ell$ 衰えを用いて、CKM行列要素 |V_{cb}| の精度を向上させること。
• ハドロン的タギングを用いて、再結合パラメータ $w$ と3つの崩壊角という運動量観測量における全量および微分的信号yieldを抽出すること。
• 理論的予測との直接比較を可能にする初のアンフォールド微分的崩壊幅を報告すること。
• フォーム因子パラメータを用いて $R(D^*) = \mathcal{B}(\bar{B} \to D^* \tau \bar{\nu}_\tau) / \mathcal{B}(\bar{B} \to D^* \ell \bar{\nu}_\ell)$ の比を計算し、標準模型との食い違いを評価すること。

提案手法

• 分析は、$B$-ハドロンのフレーバーを特定するためのハドロン的タギングを用いた、完全再構成された $\bar{B}^0 \to D^{*+} \ell^- \bar{\nu}_\ell$ 衰えのデータセットを用いる。
• 信号yieldは、再結合パラメータ $w$ と $D^{*+}$ 衰えを完全に特徴付ける3つの崩壊角の4つの運動量変数において抽出される。
• 4つの変数間の統計的相関が特定され、尤度フィットを用いてyieldがビン分けされた微分的崩壊幅にアンフォールドされる。
• $|V_{cb}|$ の値は、フォーム因子パラメータ $\rho_{D^*}^2$、$R_1(1)$、$R_2(1)$ を組み込みながら、4つの運動量変数を同時にフィットすることで決定される。
• 比 $R(D^*)$ は、フィットされたフォーム因子パラメータと、Ref. Fajfer:2012vx からの値 $R_0(1) = 1.14 \pm 0.11$ を用いて計算される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 完全再構成された $\bar{B}^0 \to D^{*+} \ell^- \bar{\nu}_\ell$ 衰えとハドロン的タギングを用いて、CKM行列要素 |V_{cb}| の正確な値は何か？
• RQ2 再結合パラメータ $w$ と崩壊角におけるアンフォールド微分的崩壊幅は、理論的期待値とどのように一致するか？
• RQ3 測定されたフォーム因子パラメータに基づいて予測される比 $R(D^*)$ の値は何か？ これは世界平均と比較してどうか？
• RQ4 予測された $R(D^*)$ と現在の世界平均との間に顕著な食い違いがあるか？ その統計的有意水準は何か？

主な発見

• $\bar{B}^0 \to D^{*+} \ell^- \bar{\nu}_\ell$ の分岐比は $\mathcal{B} = (4.95 \pm 0.11 \pm 0.22) \times 10^{-2}$ と測定され、世界平均と整合的である。
• CKM行列要素は $|V_{cb}| = (37.4 \pm 1.3) \times 10^{-3}$ と決定され、現在の世界平均と良好に一致している。
• 再結合パラメータ $w$ と3つの崩壊角におけるアンフォールド微分的崩壊幅が初回報告され、理論モデルとの直接比較が可能になった。
• フィットされたフォーム因子パラメータと $R_0(1) = 1.14 \pm 0.11$ を用いた予測された $R(D^*)$ 値は $0.242 \pm 0.005$ であり、Fajfer:2012vx が予測する $0.252 \pm 0.003$ よりも低い。
• 予測された $R(D^*)$ は、現在の世界平均 $0.310 \pm 0.015 \pm 0.008$ と3.8標準偏差程度の食い違いを示しており、有意である。