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

A. Abdesselam, I. Adachi+458 more|arXiv (Cornell University)|Feb 6, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 19

ひとこと要約

本研究では、Belle実験が収集した77200万件のB̄B̄イベントを用い、ハドロン的タギングを用いた半レプトン的B⁰ → D*⁺ ℓ⁻ ν̄_ℓ崩壊から、CKM行列要素|V_cb|の高精度な決定を実施した。解析では、B中間子の静止系における微分的崩壊率をアンフォールド処理した結果、|V_cb| = (37.4 ± 1.3) × 10⁻³が得られ、世界平均と非常に良好に一致した。

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 $\bar B^0 o D^{*\,+} \, \ell^- \, \bar u_\ell$ decay mode and its charge conjugate, selected in events that contain a fully reconstructed $B$-meson, using 772 million $e^+ \, e^- o \Upsilon(4S) o B \bar B$ events recorded by the Belle detector at KEKB. Unfolded differential decay rates of four kinematic variables fully describing the $\bar B^0 o D^{*\,+} \, \ell^- \, \bar u_\ell$ decay in the $B$-meson rest frame are presented. We measure the total branching fraction $\mathcal{B}( \bar B^0 o D^{*\,+} \, \ell^- \, \bar u_\ell ) = \left(4.95 \pm 0.11 \pm 0.22 ight) imes 10^{-2}$, 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

• 標準模型のフラバー領域を検証する上で重要なパラメータである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完全に再構成されたB中間子イベントを用いることで、|V_cb|の決定における系統的不確かさを低減すること。
• B中間子の静止系におけるB⁰ → D*⁺ ℓ⁻ ν̄_ℓの微分的崩壊率を、4つの運動量変数を用いて測定すること。
• 半レプトン的崩壊モードの全分岐比を高精度で決定すること。
• 重要なCKM行列要素を精緻化することで、標準模型のグローバルな整合性テストに貢献すること。

提案手法

• 本解析では、KEKBにおけるe⁺e⁻ → Υ(4S) → B̄B̄反応から得られた77200万件のイベントを、Belle検出器で記録したものを利用した。
• 信号崩壊B⁰ → D*⁺ ℓ⁻ ν̄_ℓの明確な同定を可能にするために、ハドロン的タギングが適用された。
• B中間子の静止系における崩壊を記述する4つの運動量変数に関する微分的崩壊率に、アンフォールド技術を適用した。
• 全分岐比はアンフォールドされた微分的率から抽出され、統計的および系統的不確かさが評価された。
• 標準模型における理論的関係を用いて、測定された分岐比からCKM行列要素|V_cb|が決定された。
• 再構成および選択効率の妥当性を検証するための専用のコントロールスタディを実施し、系統的不確かさが評価された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ハドロン的タギングを用いた半レプトン的B⁰ → D*⁺ ℓ⁻ ν̄_ℓ崩壊から、CKM行列要素|V_cb|の正確な値は何か？
• RQ2 B中間子の静止系におけるB⁰ → D*⁺ ℓ⁻ ν̄_ℓの微分的崩壊率は、4つの運動量変数の変化にどのように応じるか？
• RQ3 本解析で測定されたB⁰ → D*⁺ ℓ⁻ ν̄_ℓ崩壊モードの全分岐比は何か？
• RQ4 |V_cb|の決定における統計的および系統的不確かさは、以前の測定と比べてどのように異なるか？
• RQ5 この測定結果は、現在の|V_cb|の世界平均とどの程度一致しているか？

主な発見

• B⁰ → D*⁺ ℓ⁻ ν̄_ℓ崩壊の全分岐比は、(4.95 ± 0.11 ± 0.22) × 10⁻²として測定された。統計的および系統的不確かさを含む。
• CKM行列要素|V_cb|は(37.4 ± 1.3) × 10⁻³として決定され、不確かさの主な寄与は統計的誤差による。
• |V_cb|の結果は現在の世界平均と非常に良好に一致しており、標準模型の整合性を支持する。
• 4つの運動量変数に関するアンフォールドされた微分的崩壊率が提示され、B中間子の静止系における崩壊ダイナミクスの詳細な記述が得られた。
• 本解析は、背景低減および半レプトン的B崩壊測定の精度向上に向けたハドロン的タギングの有効性を示した。
• 分岐比における系統的不確かさ0.22 × 10⁻²は良好に制御されており、最終的な|V_cb|結果の高精度に貢献した。