[논문 리뷰] Invariant mass spectra of $ au^{-} ightarrow h^{-}h^{-}h^{+} u$ decays

Ian Michael Nugent|arXiv (Cornell University)|2013. 01. 29.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 6인용 수 16

한 줄 요약

이 논문은 BABAR 실험에서 확보한 342 fb⁻¹의 e⁺e⁻ 데이터를 사용하여 네 가지 하드론성 타우 붕괴—τ⁻→π⁻π⁻π⁺ντ, τ⁻→K⁻π⁻π⁺ντ, τ⁻→K⁻π⁻K⁺ντ, 및 τ⁻→K⁻K⁻K⁺ντ—에 대한 전개된 불변 질량 스펙트럼을 제시한다. 베이지안 전개와 배경 제거를 통해, LHC와 향후 B-팩토리에서의 타우 붕괴 모델링 향상과 함께 |Vus| 측정에 필수적인 고해상도 스펙트럼 분포를 확보하였다.

ABSTRACT

Using 342$fb^{-1}$ of $e^{+}e^{-}$ annihilation data collected with the BABAR detector at the SLAC PEP-II electron-positron asymmetric energy collider operating at a center-of-mass energies near 10.58GeV, we present the preliminary measurements of the invariant mass distributions of $ au^{-} ightarrow \pi^{-}\pi^{-}\pi^{+} u$, $ au^{-} ightarrow K^{-}\pi^{-}\pi^{+} u$, $ au^{-} ightarrow K^{-}\pi^{-}K^{+} u$ and $ au^{-} ightarrow K^{-}K^{-}K^{+} u$, where events with $K_{S}^{0} ightarrow \pi^{-}\pi^{+}$ decays are excluded.

연구 동기 및 목표

• 이온 및 케론을 포함한 네 가지 하드론성 타우 붕괴 모드에 대한 고해상도 불변 질량 스펙트럼 측정
• 베이지안 전개를 통해 검출기 유도 왜곡을 감소시켜 불변 질량 분포 개선
• 입자 오식별 및 추가 π⁰ 붕괴 기인 배경을 제거하여 신호 기여 분리
• 제어 샘플을 사용하여 BABAR 분해율 측정의 정확도 검증
• 향후 B-팩토리 및 LHC 실험에서 타우 붕괴 이론 모델링 향상을 위한 정교화된 스펙트럼 데이터 제공

제안 방법

• BABAR 검출기에서 √s ≈ 10.58 GeV에서 수집한 342 fb⁻¹의 e⁺e⁻ 결합 데이터 사용
• 동반 타우 입자(τ⁺)의 렙톤 붕괴를 요구하여 τ⁻→h⁻h⁻h⁺ντ 붕괴 선택
• 입자 식별을 통해 π와 K를 구분하고, K⁰S→π⁺π⁻ 붕괴 제외
• 오차 없는 배경 제거를 통해 오식별 입자 기인 교차 흐름 및 추가 π⁰ 기여 처리
• 신호 몬테카를로를 활용한 베이지안 전개를 통해 검출기 해상도 및 효율성 영향 보정
• 모든 전개된 분포를 정규화하여 시뮬레이션과 직접 비교 및 튜닝 가능하도록 처리

실험 결과

연구 질문

• RQ1 검출기 효과를 제거한 후 τ⁻→π⁻π⁻π⁺ντ, τ⁻→K⁻π⁻π⁺ντ, τ⁻→K⁻π⁻K⁺ντ, 및 τ⁻→K⁻K⁻K⁺ντ 붕괴의 불변 질량 분포는 어떻게 나타나는가?
• RQ2 오식별 입자 기인 교차 흐름 배경이 각 붕괴 채널에 얼마나 기여하는가?
• RQ3 각 붕괴 모드에서 추가 π⁰가 있는 사건의 오염은 얼마나 심각한가?
• RQ4 검출기 해상도 및 효율성이 진정한 불변 질량 스펙트럼을 얼마나 왜곡하는가?
• RQ5 전개된 스펙트럼이 생성자 수준 몬테카를로 및 Tauola에 대한 CLEO 튜닝과 얼마나 잘 일치하는가?

주요 결과

• 오식별 입자 기인 교차 흐름 배경은 τ⁻→π⁻π⁻π⁺ντ에서 0.85±0.01, τ⁻→K⁻π⁻π⁺ντ에서 38.5±0.2, τ⁻→K⁻π⁻K⁺ντ에서 2.9±0.1, τ⁻→K⁻K⁻K⁺ντ에서 27.7±3.0로 측정됨
• 추가 π⁰ 오염은 τ⁻→π⁻π⁻π⁺ντ에서 3.6±0.3%, τ⁻→K⁻π⁻π⁺ντ에서 2.3±0.4%, τ⁻→K⁻π⁻K⁺ντ에서 0.4±0.1%, τ⁻→K⁻K⁻K⁺ντ에서 <5.0%로 추정됨
• 비-타우 배경은 모든 채널에서 0.5% 미만 기여하여 그 영향이 미미함을 확인함
• 베이지안 전개 절차가 스펙트럼에 미치는 영향이 최소한이었으며, 양호한 검출기 해상도를 시사함
• 전개된 스펙트럼은 생성자 수준 몬테카를로 및 Tauola 2.8의 CLEO 튜닝과 양호한 일치를 보임
• 결과는 이상 및 비이상 스펙트럼 밀도 함수 결정에 필수적인 정보를 제공하며, |Vus|의 보다 정밀한 추출에 기여함