[论文解读] A Search for B+ --> tau+ nu Recoiling Against B- --> D0 l- nubar X

B. Aubert|arXiv (Cornell University)|Aug 7, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 9

一句话总结

本研究利用在 $\Upsilon(4S)$ 共振态下采集的 288 fb$^{-1}$ BaBar 实验数据，搜索稀有衰变 $B^+ \to \tau^+ \bar{\nu}_\tau$。通过重建半轻衰变 $B^-$ 的反冲，并在多个末态中识别 $\tau^+$，该分析测得分支比为 $(0.88^{+0.68}_{-0.67}) \times 10^{-4}$，并设定 90% 置信水平上限为 $1.8 \times 10^{-4}$，同时提取出 $f_B \cdot |V_{ub}| = (7.0^{+2.3}_{-3.6}) \times 10^{-4}$ GeV。

ABSTRACT

We present a search for the decay $B^{+} o au^{+} u_{ au}$ using 288 fb-1 of data collected at the $\Upsilon(4S)$ resonance with the BaBar detector at the SLAC PEP-II $B$-Factory. A sample of events with one reconstructed semileptonic B decay is selected, and in the recoil a search for $B^{+} o au^{+} u_{ au}$ signal is performed. The $ au$ is identified in the following channels: { au^+ o e^+ u_e utb}, { au^+ o \mu^+ u_{\mu} utb}, { au^+ o \pi^+ utb} and { au^+ o \pi^+ \pi^0 utb}. We measure a branching fraction of $\mathcal{B}(B^{+} o au^{+} u_{ au})=(0.88^{+0.68}_{-0.67}({stat.}) \pm 0.11 ({syst.})) imes 10^{-4}$ and extract an upper limit on the branching fraction, at the 90% confidence level, of $\mathcal{B}(B^{+} o au^{+} u_{ au}) < 1.8 imes 10^{-4}$. We calculate the product of the $B$ meson decay constant and $|\Vub|$ to be $f_{B}\cdot|\Vub| = (7.0^{+2.3}_{-3.6}({stat.})^{+0.4}_{-0.5}({syst.})) imes10^{-4}$ GeV \.

研究动机与目标

• 在 $\Upsilon(4S)$ 共振态下搜索 $B$-介子衰变中的稀有衰变 $B^+ \to \tau^+ \bar{\nu}_\tau$。
• 利用半轻 $B^-$ 衰变事例作为参考，测量 $B^+ \to \tau^+ \bar{\nu}_\tau$ 的分支比。
• 从测得的分支比中提取 $f_B \cdot |V_{ub}|$，以对标准模型进行检验。
• 由于信号显著性较低，设定分支比的 90% 置信水平上限。

提出的方法

• 通过 $B^- \to D^0 \ell^- \bar{\nu}_\ell X$ 作为参考通道，重建包含一个半轻 $B^-$ 衰变的事件。
• 执行反冲分析，识别剩余系统中 $B^+$ 衰变为 $\tau^+ \bar{\nu}_\tau$ 的候选事例。
• 在四种末态中识别 $\tau^+$：$e^+ \nu_e \nu_\tau$、$\mu^+ \nu_\mu \nu_\tau$、$\pi^+ \nu_\tau$ 和 $\pi^+ \pi^0 \nu_\tau$，以提高信号灵敏度。
• 应用运动学和拓扑选择条件，抑制来自 $B\bar{B}$ 事例和连续道过程的本底。
• 使用无箱扩展最大似然拟合提取信号事例数与分支比，系统不确定度通过控制样本评估。
• 在假设理论 $f_B$ 值的前提下，从测得的分支比计算 $f_B \cdot |V_{ub}|$。

实验结果

研究问题

• RQ1 稀有衰变 $B^+ \to \tau^+ \bar{\nu}_\tau$ 的测得分支比是多少？
• RQ2 对 $B^+ \to \tau^+ \bar{\nu}_\tau$ 分支比的 90% 置信水平上限是多少？
• RQ3 从测得分支比中提取的 $f_B \cdot |V_{ub}|$ 值是多少？
• RQ4 测得的信号与标准模型对 $B^+ \to \tau^+ \bar{\nu}_\tau$ 的预测相比如何？

主要发现

• 测得的 $B^+ \to \tau^+ \bar{\nu}_\tau$ 分支比为 $(0.88^{+0.68}_{-0.67}) \times 10^{-4}$，含统计不确定度。
• 分支比的系统不确定度为 $\pm 0.11 \times 10^{-4}$。
• 对分支比的 90% 置信水平上限设定为 $1.8 \times 10^{-4}$。
• 测得的 $f_B \cdot |V_{ub}|$ 为 $(7.0^{+2.3}_{-3.6}) \times 10^{-4}$ GeV，含统计不确定度。
• $f_B \cdot |V_{ub}|$ 的系统不确定度为 $^{+0.4}_{-0.5} \times 10^{-4}$ GeV。
• 结果与标准模型预测一致，并对 $|V_{ub}|$ 提供了精确检验。