[論文レビュー] Measurement of the branching fraction of B^+ -> tau^+ nu_tau decays with the semileptonic tagging method

Belle Collaboration, B. Kronenbitter+181 more|arXiv (Cornell University)|Mar 18, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 9

ひとこと要約

本論文は、Belle実験が収集した772 × 10^6個のB Bバー対を用いて、半レプトン的タギング法を用いて、珍しい崩壊 $B^+ \to \tau^+ \nu_\tau$ の分岐率を測定した。その結果、${\cal B}(B^+ \to \tau^+ \nu_\tau) = (1.25 \pm 0.28_{\text{stat}} \pm 0.27_{\text{syst}}) \times 10^{-4}$ となり、3.8$\sigma$の有意水準を示し、標準模型と整合的であり、同じ手法を用いた以前のBelle測定を上回るものである。

ABSTRACT

We report a measurement of the branching fraction of B^+ -> tau^+ nu_tau decays using a data sample of 772 x 10^6 BBbar pairs, collected at the Y(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 recoiling B candidate in the decay channel B^+ -> tau^+ nu_tau. We obtain a branching fraction of BR(B^+ -> tau^+ nu_tau) = [1.25 +- 0.28 (stat.) +- 0.27 (syst.)] x 10^-4. This result is in good agreement with previous measurements and the expectation from the calculation based on the Standard Model.

研究の動機と目的

• 半レプトン的タギング法を用いて、より高い精度で珍しい$B^+ \to \tau^+ \nu_\tau$崩壊の分岐率を測定すること。
• バックグラウンドモデル化と効率キャリブレーションの改良により、測定における系統的不確実性を低減すること。
• 同じタギング手法を用いた以前のBelle測定を上回る一貫性のある最新の分岐率の決定を提供すること。
• 測定された分岐率とグローバルCKMフィットを用いて、標準模型の予測との整合性を検証すること。

提案手法

• 半レプトン的タギング法は、イベント内の同伴する$B$メソンの半レプトン的崩壊を再構築することで、$B^+ \to \tau^+ \nu_\tau$崩壊を同定する。
• 信号候補は、$\tau^+ \to \pi^+ \pi^- \pi^+$、$\pi^+ \pi^- \pi^+ \pi^0$、または$\pi^+ \pi^- \pi^+ \pi^- \pi^0$の最終状態を再構築することで選別され、$\pi^0$の崩壊は2光子最終状態として再構築される。
• 連続的$e^+e^-$過程からのバックグラウンドは、連続的モンテカルロシミュレーションとデータ駆動型技術の組み合わせでモデル化され、エネルギー差の多項式フィットを用いて系統的不確実性が評価される。
• 系統的不確実性は、信号再構築効率、バックグラウンド分岐率、効率キャリブレーション、$\tau$崩壊分岐率、PDF形状の仮定、およびトラックや$\pi^0$再構築などの検出器効果について評価される。
• 有意水準は、系統的不確実性にガウス的事前分布を適用したプロファイル尤度法により計算され、信号の有意水準は3.8$\sigma$となった。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 半レプトン的タギング法を用いた場合、珍しい$B^+ \to \tau^+ \nu_\tau$崩壊の正確な分岐率は何か？
• RQ2 バックグラウンドモデル化と効率キャリブレーションからの系統的不確実性は、最終的な測定にどのように影響するか？
• RQ3 グローバルCKMフィットを用いた場合、測定された分岐率は標準模型の予測と整合的か？
• RQ4 新しい測定は、同じ手法を用いた以前のBelleの結果を上回るか？

主な発見

• 測定された分岐率は${\cal B}(B^+ \to \tau^+ \nu_\tau) = (1.25 \pm 0.28_{\text{stat}} \pm 0.27_{\text{syst}}) \times 10^{-4}$であり、有意水準は3.8$\sigma$であった。
• 主な系統的不確実性は、連続的バックグラウンドモデル化（14.1%）と効率キャリブレーション（12.6%）に起因し、合計で21.2%の系統的不確実性を占める。
• この結果は、同じ手法を用いた以前のBelle測定を上回るものであり、その測定結果は$(1.54 \pm 0.38_{\text{stat}} \pm 0.37_{\text{syst}}) \times 10^{-4}$であった。
• 最近のBelleのハドロン的タギング測定と組み合わせると、${\cal B}(B^+ \to \tau^+ \nu_\tau) = (0.91 \pm 0.19_{\text{stat}} \pm 0.11_{\text{syst}}) \times 10^{-4}$となり、合成された有意水準は4.6$\sigma$となった。
• 合成結果は、独立した実験的入力を用いたグローバルCKMフィットに基づく標準模型の予測と整合的である。