[논문 리뷰] A Search for B+ --> tau+ nu Recoiling Against B- --> D0 l- nubar X

B. Aubert|arXiv (Cornell University)|2006. 08. 07.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 BaBar 실험에서 $Υ(4S)$ 공진 상태에서 취득한 288 fb$^{-1}$의 데이터를 사용하여 희귀 붕괴 $B^+ \to \tau^+ \bar{\nu}_\tau$ 를 탐색한다. 반세미입자 붕괴 $B^-$ 의 반동을 재구성하고, 여러 최종 상태에서 $τ^+$ 를 식별함으로써 분석은 분포율을 $(0.88^{+0.68}_{-0.67}) \times 10^{-4}$ 로 측정하고 90% 신뢰수준에서 상한선 $1.8 \times 10^{-4}$ 를 설정하며, $f_B \cdot |V_{ub}| = (7.0^{+2.3}_{-3.6}) \times 10^{-4}$ GeV 를 추출한다.

ABSTRACT

We present a search for the decay $B^{+} o au^{+} u_{ au}$ using 288 fb-1 of data collected at the $\Upsilon(4S)$ resonance with the BaBar detector at the SLAC PEP-II $B$-Factory. A sample of events with one reconstructed semileptonic B decay is selected, and in the recoil a search for $B^{+} o au^{+} u_{ au}$ signal is performed. The $ au$ is identified in the following channels: { au^+ o e^+ u_e utb}, { au^+ o \mu^+ u_{\mu} utb}, { au^+ o \pi^+ utb} and { au^+ o \pi^+ \pi^0 utb}. We measure a branching fraction of $\mathcal{B}(B^{+} o au^{+} u_{ au})=(0.88^{+0.68}_{-0.67}({stat.}) \pm 0.11 ({syst.})) imes 10^{-4}$ and extract an upper limit on the branching fraction, at the 90% confidence level, of $\mathcal{B}(B^{+} o au^{+} u_{ au}) < 1.8 imes 10^{-4}$. We calculate the product of the $B$ meson decay constant and $|\Vub|$ to be $f_{B}\cdot|\Vub| = (7.0^{+2.3}_{-3.6}({stat.})^{+0.4}_{-0.5}({syst.})) imes10^{-4}$ GeV \.

연구 동기 및 목표

• BaBar 실험에서 $Υ(4S)$ 공진 상태에서 $B$ 메손 붕괴의 희귀 붕괴 $B^+ \to \tau^+ \bar{\nu}_\tau$ 를 탐색하기 위해.
• 세미입자 붕괴 $B^-$ 의 표본을 기준으로 하여 $B^+ \to \tau^+ \bar{\nu}_\tau$ 의 분포율을 측정하기 위해.
• 측정된 분포율에서 $f_B \cdot |V_{ub}|$ 를 추출하여 표준모형을 시험하기 위해.
• 신호의 유의수준이 낮기 때문에 분포율에 대한 90% 신뢰수준 상한선을 설정하기 위해.

제안 방법

• 세미입자 붕괴 $B^-$ 를 기준으로 하여 $B^- \to D^0 \ell^- \bar{\nu}_\ell X$ 를 사용해 사건을 재구성한다.
• 남은 시스템에서 $τ^+ \bar{\nu}_\tau$ 로 붕괴하는 $B^+$ 후보를 식별하기 위해 반동 분석을 수행한다.
• 신호 감도를 향상시키기 위해 네 가지 최종 상태에서 $τ^+$ 를 식별한다: $e^+ \nu_e \nu_\tau$, $\mu^+ \nu_\mu \nu_\tau$, $\pi^+ \nu_\tau$, 및 $\pi^+ \pi^0 \nu_\tau$.
• 배경을 억제하기 위해 운동량 및 위상적 선택 기준을 적용한다. 이는 $B\bar{B}$ 사건과 연속성 과정에서 유래한다.
• 신호 수확량과 분포율을 추출하기 위해 비구속 확률 최대화 적합을 사용하며, 시스템적 불확실성은 제어 샘플을 통해 평가한다.
• 이론적 값인 $f_B$ 를 가정하고 측정된 분포율에서 $f_B \cdot |V_{ub}|$ 를 계산한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 희귀 붕괴 $B^+ \to \tau^+ \bar{\nu}_\tau$ 의 측정된 분포율은 무엇인가요?
• RQ2 $B^+ \to \tau^+ \bar{\nu}_\tau$ 의 분포율에 대한 90% 신뢰수준 상한선은 무엇인가요?
• RQ3 측정된 분포율에서 추출된 $f_B \cdot |V_{ub}|$ 의 값은 무엇인가요?
• RQ4 측정된 신호는 표준모형 예측과 어떻게 비교되나요?

주요 결과

• $B^+ \to \tau^+ \bar{\nu}_\tau$ 의 측정된 분포율은 $(0.88^{+0.68}_{-0.67}) \times 10^{-4}$ 로 통계적 불확실성을 포함한다.
• 분포율에 대한 시스템적 불확실성은 $\pm 0.11 \times 10^{-4}$ 이다.
• 분포율에 대한 90% 신뢰수준 상한선은 $1.8 \times 10^{-4}$ 로 설정된다.
• $f_B \cdot |V_{ub}|$ 는 $(7.0^{+2.3}_{-3.6}) \times 10^{-4}$ GeV 로 측정되었으며, 통계적 불확실성을 포함한다.
• $f_B \cdot |V_{ub}|$ 에 대한 시스템적 불확실성은 $^{+0.4}_{-0.5} \times 10^{-4}$ GeV 이다.
• 결과는 표준모형 예측과 일치하며, $|V_{ub}|$ 에 대한 정밀도 시험을 제공한다.