[논문 리뷰] Measurement of the Inclusive Charmless Semileptonic Partial Branching Fraction of B Mesons and Determination of |V_ub| using the Full Reconstruction Tag

I. Bizjak|arXiv (Cornell University)|2005. 05. 27.

Electron and X-Ray Spectroscopy Techniques인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 KEKB에서의 Belle 실험 253 fb⁻¹ 데이터를 사용하여 B 메손의 포함적 쿠르티스 없는 반입자형 반응 분획을 측정한다. 한 B 메손을 완전히 재구성하고, 강입자 질량(M_X), 레프톤의 양자역학적 질량 제곱(q²), 그리고 P₊와 같은 운동학적 변수를 분석함으로써, 다변량 선택을 통해 b→c 붕괴에서 비롯하는 배경을 줄이며 |V_ub|를 향상된 정밀도로 추출한다.

ABSTRACT

We present a measurement of the inclusive charmless semileptonic partial branching fraction of the B meson, based on 253 fb^-1 of data collected by the Belle detector at the KEKB e^+e^- asymmetric collider. Events are tagged by fully reconstructing one of the B mesons, produced in pairs from Upsilon(4S). The signal for b->u semileptonic decay is distinguished from the b->c semileptonic background using three kinematic variables: the hadronic mass M_X, the leptonic invariant mass squared q^2 and the variable P_+ = E_X-|p_X|. We measure partial branching fractions Delta B(B -> X_u l nu) for events with the prompt-lepton momentum p_l^* >= 1GeV/c, in the three kinematic regions M_X < 1.7 Gev/c^2, M_X < 1.7 Gev/c^2 combined with q^2>8 GeV^2/c^2, and by P_+ < 0.66 GeV/c. From these measurements, the magnitude of the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa matrix element V_ub is derived.

연구 동기 및 목표

• B 메손의 포함적 쿠르티스 없는 반입자형 부분 분획을 높은 정밀도로 측정하기 위해.
• 완전히 재구성된 B 메손 사건에서 운동학적 변수를 사용하여 주요 b→c 반입자형 배경을 줄이기 위해.
• 모델에 의존하지 않는 접근법을 사용하여 카비보-코바야시-마스카와 행렬 원소 |V_ub|의 크기를 결정하기 위해.
• M_X, q², 및 P₊에서 운동학적 컷을 적용하여 b→u 전이에 대한 민감도를 향상시키기 위해.
• 한 B 메손의 완전한 재구성에서 유래한 깔끔한 실험적 서명을 사용하여 |V_ub|의 경쟁적 결정을 제공하기 위해.

제안 방법

• KEKB의 비대칭 e⁺e⁻ 콜라이더에서 Belle 검출기로 수집한 253 fb⁻¹의 데이터를 사용한다.
• Υ(4S) 붕괴에서 유래하는 B⁺B⁻ 또는 B⁰B̄⁰ 쌍에서 한 B 메손을 완전히 재구성함으로써 이벤트를 태깅한다.
• pₗ* ≥ 1 GeV/c인 즉각적인 레프톤을 선택하여 신호 b→u 반입자형 붕괴를 식별한다.
• b→c 배경을 억제하기 위해 세 운동학적 변수인 M_X(강입자 질량), q²(레프톤의 양자역학적 질량 제곱), 및 P₊ = E_X − |p_X|를 적용한다.
• 세 운동학적 영역에서 부분 분획 측정을 수행한다: M_X < 1.7 GeV/c², M_X < 1.7 GeV/c²와 q² > 8 GeV²/c⁴의 조합, 및 P₊ < 0.66 GeV/c.
• 이론적 입력(상태공간 및 형상 인자)을 사용하여 측정된 부분 분획에서 |V_ub|를 유도한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 M_X < 1.7 GeV/c², q² > 8 GeV²/c⁴, 및 P₊ < 0.66 GeV/c로 정의된 운동학적 영역에서 B 메손의 포함적 쿠르티스 없는 반입자형 부분 분획은 무엇인가?
• RQ2 M_X, q², 및 P₊와 같은 운동학적 변수는 완전히 재구성된 B 이벤트에서 주요 b→c 반입자형 배경을 얼마나 효과적으로 억제할 수 있는가?
• RQ3 완전한 재구성 태깅을 사용한 모델에 의존하지 않는 측정에서 |V_ub|의 결과적 결정은 무엇인가?
• RQ4 이 측정은 포함적 및 배타적 붕괴로부터의 다른 |V_ub| 결정과 비교하여 어떻게 다른가?
• RQ5 운동학적 선택 조건은 쿠르티스 없는 반입자형 B 붕괴에서 신호 대 배경 비율에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• M_X < 1.7 GeV/c² 영역에서 B→X_u lν의 부분 분획이 높은 통계적 유의성로 측정되었다.
• M_X < 1.7 GeV/c²와 q² > 8 GeV²/c⁴의 조합은 배경이 감소한 상황에서 신호 강도가 증가하는 것으로 나타났다.
• P₊ < 0.66 GeV/c 선택은 b→u 붕괴 구조를 깔끔하게 탐지하고 b→c 기여를 추가로 억제하는 데 효과적이다.
• 측정된 부분 분획은 포함적 방법에 비해 이론적 불확실성이 감소한 상태에서 |V_ub|를 추출하는 데 사용되었다.
• 최종 |V_ub| 결정은 다른 세계 평균과 일치하지만, 운동학적 선택 덕분에 형상 인자 불확실성에 대한 민감도가 감소하여 유리하다.
• 완전한 재구성 태깅 기술은 b→u 전이 행렬 원소에 대한 정밀하고 모델에 의존하지 않는 측정을 가능하게 한다.