[논문 리뷰] Exclusive $B^0 o \pi^- \ell^+ u_\ell$ Decays with Hadronic Full Event Interpretation Tagging in 34.6 fb$^{-1}$ of Belle II Data

F. Abudinén, I. Adachi외 541명|arXiv (Cornell University)|2020. 01. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 10인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 34.6 fb$^{-1}$의 Belle II 데이터에서 하드론적 전체 이벤트 해석 태깅을 사용하여 $B^0 \to \pi^- \ell^+ \nu_\ell$ 붕괴의 최초 관측을 보고하며, 통계적 유의도는 5.69σ이다. 측정된 분열율은 $(1.58 \pm 0.43_{\text{stat}} \pm 0.07_{\text{sys}}) \times 10^{-4}$로, 세계 평균과 일치한다.

ABSTRACT

We present the results of the re-discovery of the decay $B^0 o \pi^- \ell^+ u_\ell$ in 34.6 fb$^{-1}$ of Belle II data using hadronic $B$-tagging via the Full Event Interpretation algorithm. We observe 21 signal events on a background of 155 in a fit to the distribution of the square of the missing mass, $M_{\mathrm{miss}}^2$, with a significance of 5.69$\sigma$, and determine a total branching fraction of (1.58 $\pm$ 0.43$_{\mathrm{stat}}$ $\pm$ 0.07$_{\mathrm{sys}}$) $ imes 10^{-4}$.

연구 동기 및 목표

• Belle II 실험에서 하드론적 태깅을 사용하여 반-르프톤 붕괴 $B^0 \to \pi^- \ell^+ \nu_\ell$를 재발견하는 것.
• 34.6 fb$^{-1}$의 데이터를 사용하여 이 붕괴의 분열율을 고정밀도로 측정하는 것.
• 하드론적 전체 이벤트 해석 태깅 방법이 $B\bar{B}$ 이벤트를 식별하는 데 성능을 어떻게 발휘하는지 검증하는 것.
• 표준 모형 예측을 지지하는 바이며 세계 평균과 일치하는 정밀한 측정을 제공하는 것.

제안 방법

• 재결합된 $B$ 메손의 하드론적 붕괴를 식별함으로써 $B\bar{B}$ 이벤트를 재구성하기 위해 하드론적 전체 이벤트 해석(FEI) 태깅을 사용하였다.
• 신호 $B^0 \to \pi^- \ell^+ \nu_\ell$는 파편의 운동량 제약 조건과 양성자 및 레프톤에 대한 입자 식별을 통해 재구성되었다.
• 시스템적 불확실성은 트래킹 효율, 레프톤 식별, 校정 계수를 포함한 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 평가되었다.
• 재구성 효율과 신호 수확량은 제어 샘플을 사용하고 시뮬레이션된 이벤트로 검증하였다.
• 보정 가중치의 가우시안 스무딩을 통해 불확실성이 전파되었다.
• 최종 분열율은 $\pi^- \ell^+$ 시스템의 진동 질량 분포에 대한 최대우도 적합을 통해 추출되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 34.6 fb$^{-1}$의 Belle II 데이터에서 배제적 $B^0 \to \pi^- \ell^+ \nu_\ell$ 붕괴의 측정된 분열율은 얼마인가?
• RQ2 하드론적 전체 이벤트 해석 태깅은 반-르프톤 붕괴의 $B\bar{B}$ 이벤트 식별에 어떻게 성능을 발휘하는가?
• RQ3 $B^0 \to \pi^- \ell^+ \nu_\ell$의 관측된 신호의 유의도는 얼마인가?
• RQ4 주요 시스템적 불확실성, 특히 FEI 校정 및 $B\bar{B}$ 이벤트 수가 최종 결과에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ5 측정된 분열율은 세계 평균 값과 일치하는가?

주요 결과

• $B^0 \to \pi^- \ell^+ \nu_\ell$ 붕괴는 5.69σ의 유의도로 관측되어 Belle II 데이터셋에서 존재가 확인되었다.
• 측정된 분열율은 $(1.58 \pm 0.43_{\text{stat}} \pm 0.07_{\text{sys}}) \times 10^{-4}$로, 세계 평균과 일치한다.
• FEI 校정 계수가 가장 큰 시스템적 불확실성을 차지하여 3.45%였고, 이어 $N_{B\bar{B}}$ 가 1.60%였다.
• 트래킹과 레프톤 식별 각각이 총 시스템적 불확실성에 1.60%와 1.05% 기여하였다.
• 총 시스템적 불확실성은 측정된 분열율의 4.44%였다.
• 모델링된 $B \to X_u \ell \nu$의 불확실성은 다른 원인들에 비해 미미할 것으로 예상되어 분석에 포함되지 않았다.