[论文解读] Measurement of $\mathcal{R}(D)$ and $\mathcal{R}(D^{\ast})$ with a semileptonic tagging method

The Belle Collaboration, A. Abdesselam+463 more|arXiv (Cornell University)|Apr 18, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 66

一句话总结

Belle Collaboration 使用半时标记法测量 R(D) 和 R(D*)，利用大样本 Belle 数据，结果在不确定性范围内与标准模型一致。

ABSTRACT

We report a measurement of the ratios of branching fractions $\mathcal{R}(D) = {\cal B}(\bar{B} o D τ^- \barν_τ)/{\cal B}(\bar{B} o D \ell^- \barν_{\ell})$ and $\mathcal{R}(D^{\ast}) = {\cal B}(\bar{B} o D^* τ^- \barν_τ)/{\cal B}(\bar{B} o D^* \ell^- \barν_{\ell})$, where $\ell$ denotes an electron or a muon. The results are based on a data sample containing $772 imes10^6$ $B\bar{B}$ events recorded at the $Υ(4S)$ resonance with the Belle detector at the KEKB $e^+ e^-$ collider. The analysis utilizes a method where the tag-side $B$ meson is reconstructed in a semileptonic decay mode, and the signal-side $τ$ is reconstructed in a purely leptonic decay. The measured values are $\mathcal{R}(D)= 0.307 \pm 0.037 \pm 0.016$ and $\mathcal{R}(D^{\ast})= 0.283 \pm 0.018 \pm 0.014$, where the first uncertainties are statistical and the second are systematic. These results are in agreement with the Standard Model predictions within $0.2$ and $1.1$ standard deviations, respectively, while their combination agrees with the Standard Model predictions within $1.2$ standard deviations.

研究动机与目标

• 推动对 b→cτντ 衰变的精密测试，以作为新物理探针。
• 测量 R(D) 和 R(D*) 的比值以降低共同的系统误差。
• 引入并应用半时标记法对这些观测量进行测量。
• 通过结合 B0 和 B+ 衰变并强化标记，改进 R(D*) 的测量。
• 提供与标准模型预测一致性的结果评估。

提出的方法

• 在半时标记的衰变模式中重构标记侧 B介子。
• 在纯淋浴衰变通道中重构信号侧 τ。
• 使用 Belle 探测器在 KEKB 收集的 772×10^6 对 B-B̄ 事件的数据样本。
• 将信号模式与归一化模式进行比较以形成 R(D) 与 R(D*)。
• 将结果与统计与系统性不确定性分离地提取。

实验结果

研究问题

• RQ1 使用半时标记法得到的 R(D) 和 R(D*) 的测量值是多少？
• RQ2 测量结果是否在给定不确定性范围内与标准模型预测一致？
• RQ3 与 hadronic 标记相比，半时标记法对精度有何影响？
• RQ4 R(D) 与 R(D*) 相对于 SM 期望的综合评估如何？

主要发现

• R(D) = 0.307 ± 0.037（统计） ± 0.016（系统）。
• R(D*) = 0.283 ± 0.018（统计） ± 0.014（系统）。
• 两者结果在标准模型下分别在 0.2σ 和 1.1σ 的范围内一致。
• R(D) 与 R(D*) 的组合结果在 1.2σ 内与 SM 一致。