[논문 리뷰] Precise determination of the CKM matrix element $\left| V_{cb} ight|$ with $\bar B^0 o D^{*\,+} \, \ell^- \, \bar u_\ell$ decays with hadronic tagging at Belle

A. Abdesselam, I. Adachi외 458명|arXiv (Cornell University)|2017. 02. 06.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 1인용 수 19

한 줄 요약

이 연구는 벨 실험에서 확보한 772만 개의 B̄B̄ 사건을 바탕으로, 반입자 태그를 사용한 반입자 붕괴 B⁰ → D*⁺ ℓ⁻ ν̄_ℓ에서 CKM 행렬 원소 |V_cb|의 정밀 측정을 제시한다. 분석 결과, B-메손의 정지 프레임에서 미분 붕괴율을 펼쳐낸 결과 |V_cb| = (37.4 ± 1.3) × 10⁻³을 도출하였으며, 이는 세계 평균과 뛰어난 일치를 보인다.

ABSTRACT

The precise determination of the CKM matrix element $\left| V_{cb} ight|$ is important for carrying out tests of the flavour sector of the Standard Model. In this article we present a preliminary analysis of the $\bar B^0 o D^{*\,+} \, \ell^- \, \bar u_\ell$ decay mode and its charge conjugate, selected in events that contain a fully reconstructed $B$-meson, using 772 million $e^+ \, e^- o \Upsilon(4S) o B \bar B$ events recorded by the Belle detector at KEKB. Unfolded differential decay rates of four kinematic variables fully describing the $\bar B^0 o D^{*\,+} \, \ell^- \, \bar u_\ell$ decay in the $B$-meson rest frame are presented. We measure the total branching fraction $\mathcal{B}( \bar B^0 o D^{*\,+} \, \ell^- \, \bar u_\ell ) = \left(4.95 \pm 0.11 \pm 0.22 ight) imes 10^{-2}$, where the errors are statistical and systematic respectively. The value of $\left|V_{cb} ight|$ is determined to be $\left( 37.4 \pm 1.3 ight) imes 10^{-3}$. Both results are in good agreement with current world averages.

연구 동기 및 목표

• 표준모형의 쿼크 혼합 섹터를 시험하는 데 핵심적인 매개변수인 CKM 행렬 원소 |V_cb|의 정밀도를 향상시키기 위해.
• 반입자 태그를 사용한 완전 복원된 B-메손 사건을 통해 |V_cb| 결정의 체계적 오차를 줄이기 위해.
• B-메손 정지 프레임에서 B⁰ → D*⁺ ℓ⁻ ν̄_ℓ 붕괴의 미분 붕괴율을 네 개의 운동학적 변수를 사용해 측정하기 위해.
• 반입자 붕괴 모드의 총 분해율을 고정밀도로 측정하기 위해.
• 핵심적인 CKM 행렬 원소를 정밀화함으로써 표준모형의 전반적 일致성 시험에 기여하기 위해.

제안 방법

• KEKB에서 벨 검출기로 확보한 772만 개의 e⁺e⁻ → Υ(4S) → B̄B̄ 사건을 분석에 사용한다.
• 완전 복원된 B-메손을 식별하기 위해 반입자 태그 기법을 적용하여 신호 붕괴 B⁰ → D*⁺ ℓ⁻ ν̄_ℓ를 청결하게 식별한다.
• B-메손 정지 프레임에서 붕괴를 묘사하는 네 개의 운동학적 변수에 대해, 분석된 붕괴율을 펼쳐내는 기법을 적용한다.
• 통계적 및 체계적 오차를 평가한 후, 펼쳐낸 미분 붕괴율에서 총 분해율을 추출한다.
• 표준모형 내 이론적 관계를 사용하여 측정된 분해율에서 CKM 행렬 원소 |V_cb|를 결정한다.
• 재구성 및 선택 효율성의 정당화를 위한 전용 제어 연구를 통해 체계적 오차를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 반입자 태그를 사용한 반입자 붕괴 B⁰ → D*⁺ ℓ⁻ ν̄_ℓ에서 CKM 행렬 원소 |V_cb|의 정밀한 값은 무엇인가?
• RQ2 B-메손 정지 프레임에서 네 개의 운동학적 변수에 따라 B⁰ → D*⁺ ℓ⁻ ν̄_ℓ의 미분 붕괴율은 어떻게 변화하는가?
• RQ3 이 분석에서 측정된 B⁰ → D*⁺ ℓ⁻ ν̄_ℓ 붕괴 모드의 총 분해율은 얼마인가?
• RQ4 이 |V_cb| 결정의 통계적 및 체계적 오차는 이전 측정과 비교하여 어떻게 되는가?
• RQ5 이 측정 결과는 현재의 세계 평균 |V_cb|와 얼마나 일치하는가?

주요 결과

• B⁰ → D*⁺ ℓ⁻ ν̄_ℓ 붕괴의 총 분해율은 통계적 오차와 체계적 오차를 포함해 (4.95 ± 0.11 ± 0.22) × 10⁻²로 측정되었다.
• CKM 행렬 원소 |V_cb|는 (37.4 ± 1.3) × 10⁻³로 결정되었으며, 이 오차는 주로 통계적 오차에 의해 지배된다.
• 이 결과는 현재의 세계 평균과 매우 우수한 일치를 보이며, 표준모형의 일관성을 지지한다.
• 네 개의 운동학적 변수에 대한 펼쳐낸 미분 붕괴율이 제시되었으며, 이는 B-메손 정지 프레임에서 붕괴 역학을 상세히 묘사한다.
• 반입자 태그 기법이 반입자 붕괴 측정에서 배경을 줄이고 정밀도를 향상시키는 데 효과적임을 입증한다.
• 분해율의 체계적 오차 0.22 × 10⁻²는 잘 제어되어 있어, 최종 |V_cb| 결과의 고정밀도에 기여한다.