[논문 리뷰] Measurement of the branching fraction of $B^+ o au^+ u_ au$ decays with the semileptonic tagging method and the full Belle data sample

A. Abdesselam, I. Adachi외 392명|arXiv (Cornell University)|2014. 09. 18.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 14

한 줄 요약

이 연구는 77200만 개의 $B\bar{B}$ 쌍으로 구성된 전체 Belle 데이터 샘플을 사용하여 반응형 붕괴 방법을 통해 $B^+ \to \tau^+ \tau^-$ 붕괴의 분지율을 측정한다. 측정된 분지율은 $ (1.25 \pm 0.28_{\text{stat}} \pm 0.27_{\text{syst}}) \times 10^{-4} $이며, 이는 표준모형 예측과 이전 측정치와 일치한다.

ABSTRACT

We report a measurement of the branching fraction of $B^+ o au^+ u_ au$ decays using a data sample of $772 imes 10^6 B \bar{B}$ pairs, collected at the $\Upsilon(4S)$ resonance with the Belle detector at the KEKB asymmetric-energy $e^+e^-$ collider. We reconstruct the accompanying $B$ meson in a semileptonic decay and detect the $B^+ o au^+ u_ au$ candidate in the recoiling event. We obtain a branching fraction of ${\cal B}(B^+ o au^+ u_ au) = [1.25 \pm 0.28 ({ m stat.}) \pm 0.27({ m syst.})] imes 10^{-4}$. This result is in good agreement with previous measurements and the expectation from calculations based on the Standard Model.

연구 동기 및 목표

• 큰 크기의 완전히 재구성된 $B\bar{B}$ 이벤트 샘플을 사용하여 희귀 붕괴 $B^+ \to \tau^+ \tau^-$의 분지율을 정밀하게 측정하는 것.
• 반대편 $B$ 메손의 품질 상태를 식별하기 위해 반응형 붕괴 방법을 활용하여 체계적 오차를 줄이는 것.
• 이러한 맛 변화 중성 전류 붕괴에 대해 측정된 분지율이 표준모형 예측과 일치하는지 테스트하는 것.
• 동일한 붕괴 채널을 사용한 이전 실험에 비해 분지율 측정의 정밀도를 향상시키는 것.

제안 방법

• 은하수(4S) 공진 상태에서 수집한 $772 \times 10^6$ 개의 $B\bar{B}$ 쌍으로 구성된 전체 Belle 데이터 샘플을 활용한다.
• 관련된 $B^+$ 메손의 맛 고유상태를 결정하기 위해 반응형 붕괴($B \to X_l \ell \bar{\nu}$)를 통해 태깅 $B$ 메손을 재구성한다.
• 재결합된 이벤트에서 $\tau$ 레프톤과 그 붕괴 생성물을 재구성하여 $B^+ \to \tau^+ \tau^-$ 후보를 식별한다.
• 조합적 배경 및 잘못 재구성된 이벤트 기여를 억제하기 위해 운동량 및 위상 선택 조건을 적용한다.
• 재구성된 질량 및 운동량 분포에서 신호 및 배경 성분을 동시에 피팅한다.
• 몬테카를로 시뮬레이션과 데이터 기반 기법을 사용하여 통계적 및 체계적 오차를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 전체 Belle 데이터 세트를 사용하여 희귀 $B^+ \to \tau^+ \tau^-$ 붕괴의 정밀한 분지율은 무엇인가?
• RQ2 반응형 붕괴 방법은 $B^+ \to \tau^+ \tau^-$ 측정에서 신호 순도와 체계적 통제를 어떻게 향상시키는가?
• RQ3 측정된 분지율은 이 맛 변화 중성 전류 붕괴에 대해 표준모형 예측과 일치하는가?
• RQ4 측정에서 지배적인 체계적 오차의 원인은 무엇이며, 어떻게 정량화되는가?

주요 결과

• 전체 Belle 데이터 샘플을 기반으로 $B^+ \to \tau^+ \tau^-$의 측정된 분지율은 $ (1.25 \pm 0.28_{\text{stat}} \pm 0.27_{\text{syst}}) \times 10^{-4} $이다.
• 통계적 오차는 재구성된 $B^+ \to \tau^+ \tau^-$ 신호 이벤트 수의 제한으로 인해 주로 결정된다.
• 체계적 오차는 주로 $\tau$ 레프톤 재구성 및 식별의 효율성과 해상도 모델링 오차에서 기인한다.
• 결과는 이전 측정치와 표준모형 예측과 양호한 일치를 보이며, 이는 이 희귀 붕괴에 대해 타당하다.
• 더 큰 데이터 샘플과 최적화된 태깅 기법 덕분에 이전 연구에 비해 측정 정밀도가 향상되었다.
• 현재 실험적 오차 범위 내에서 표준모형 예측에서의 유의미한 편차는 관측되지 않았다.