[論文レビュー] Measurement of the branching fraction of $B^+ o au^+ u_ au$ decays with the semileptonic tagging method and the full Belle data sample

A. Abdesselam, I. Adachi+392 more|arXiv (Cornell University)|Sep 18, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 14

ひとこと要約

本研究では、全Belleデータサンプル（7億7200万対の$B\bar{B}$ペア）を用いて、半レプトン的タギング法を用いて$B^+ \to \tau^+ \tau^-$崩壊の分岐分率を測定した。測定された分岐分率は$(1.25 \pm 0.28_{\text{stat}} \pm 0.27_{\text{syst}}) \times 10^{-4}$であり、標準模型の予測および先行測定と整合的である。

ABSTRACT

We report a measurement of the branching fraction of $B^+ o au^+ u_ au$ decays using a data sample of $772 imes 10^6 B \bar{B}$ pairs, collected at the $\Upsilon(4S)$ 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 $B^+ o au^+ u_ au$ candidate in the recoiling event. We obtain a branching fraction of ${\cal B}(B^+ o au^+ u_ au) = [1.25 \pm 0.28 ({ m stat.}) \pm 0.27({ m syst.})] imes 10^{-4}$. This result is in good agreement with previous measurements and the expectation from calculations based on the Standard Model.

研究の動機と目的

• 大規模かつ完全に再構成された$B\bar{B}$イベントサンプルを用いて、希少崩壊$B^+ \to \tau^+ \tau^-$の分岐分率を正確に測定すること。
• 再び$B$メソンを特定するための半レプトン的タギング法を用いることで、系統的不確実性を低減すること。
• このフレーバー変換中性荷電現在崩壊における測定された分岐分率が、標準模型の予測と整合しているかどうかを検証すること。
• 同じ崩壊チャネルを用いた以前の実験と比較して、分岐分率測定の精度を向上させること。

提案手法

• ($\Upsilon(4S)$共鳴状態で生成された)$772 \times 10^6$の$B\bar{B}$ペアからなる全Belleデータサンプルを用いる。
• 関連する$B^+$メソンのフレーバー固有状態を特定するために、半レプトン的崩壊（$B \to X_l \ell \bar{\nu}$）を介してタギング$B$メソンを再構成する。
• 反動イベントにおいて$B^+ \to \tau^+ \tau^-$候補を、最終状態の$\tau$レプトンおよびその崩壊生成物を再構成することで特定する。
• 組み合わせ的および誤って再構成されたイベントからのバックグラウンド寄与を抑制するために、運動量およびトポロジー選択基準を適用する。
• 再構成された質量および運動量分布における信号成分とバックグラウンド成分を同時にフィットする。
• 統計的不確実性および系統的不確実性を、モンテカルロシミュレーションおよびデータ駆動型技術を用いて評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 全Belleデータセットを用いた希少$B^+ \to \tau^+ \tau^-$崩壊の正確な分岐分率は何か？
• RQ2 半レプトン的タギング法は、$B^+ \to \tau^+ \tau^-$測定における信号純度および系統的制御をどのように向上させるか？
• RQ3 測定された分岐分率は、このフレーバー変換中性荷電現在崩壊における標準模型の予測と整合しているか？
• RQ4 測定における主要な系統的不確実性の原因は何であり、それらはどのように定量化されているか？

主な発見

• 全Belleデータサンプルに基づき、$B^+ \to \tau^+ \tau^-$の測定された分岐分率は$(1.25 \pm 0.28_{\text{stat}} \pm 0.27_{\text{syst}}) \times 10^{-4}$である。
• 統計的不確実性は、再構成された$B^+ \to \tau^+ \tau^-$信号イベントの数が限られていることに起因する。
• 系統的不確実性の主な原因は、$\tau$レプトンの再構成および識別における効率および解像度のモデル化にある。
• この結果は、先行測定およびこの希少崩壊における標準模型の予測と良好に整合している。
• より大きなデータサンプルおよび最適化されたタギング技術のおかげで、以前の研究と比較して測定の精度が向上している。
• 現在の実験的不確実性の範囲内で、標準模型の予測からの顕著なずれは観測されなかった。