[論文レビュー] Measurement of the branching ratio of $\bar{B}^0 ightarrow D^{*+} τ^- \barν_τ$ relative to $\bar{B}^0 ightarrow D^{*+} \ell^- \barν_{\ell}$ decays with a semileptonic tagging method

A. Abdesselam, I. Adachi+442 more|arXiv (Cornell University)|Mar 22, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 48

ひとこと要約

本論文は、Belle実験がKEKB e⁺e⁻衝突機で収集した772×10⁶個のB̄B̄対を用いて、半レプトン的タギング法を用いて、最初のR(D*) = Br(B̄⁰ → D*+τ⁻ν̄τ)/Br(B̄⁰ → D*+ℓ⁻ν̄ℓの測定を提示する。結果はR(D*) = 0.302 ± 0.030（統計）± 0.011（系差）であり、1.6σの範囲で標準模型と整合しており、他の包括的測定とも一致しており、レプトンのフレーバー不変性の統計的に独立したテストを提供する。

ABSTRACT

We report a measurement of ratio ${\cal R}(D^*) = {\cal B}(\bar{B}^0 ightarrow D^{*+} τ^- \barν_τ)/{\cal B}(\bar{B}^0 ightarrow D^{*+} \ell^- \barν_{\ell})$, where $\ell$ denotes an electron or a muon. The results are based on a data sample containing $772 imes10^6$ $B\bar{B}$ pairs recorded at the $Υ(4S)$ resonance with the Belle detector at the KEKB $e^+ e^-$ collider. We select a sample of $B^0 \bar{B}^0$ pairs by reconstructing both $B$ mesons in semileptonic decays to $D^{*\mp} \ell^{\pm}$. We measure ${\cal R}(D^*)= 0.302 \pm 0.030({ m stat)} \pm 0.011({ m syst)}$, which is within $1.6 σ$ of the Standard Model theoretical expectation, where $σ$ is the standard deviation including systematic uncertainties.

研究の動機と目的

• 半レプトン的タギング法を用いて、高い精度でR(D*) = Br(B̄⁰ → D*+τ⁻ν̄τ)/Br(B̄⁰ → D*+ℓ⁻ν̄ℓを測定すること。
• τおよび軽いレプトンの最終状態を比較することにより、B⁰ → D*+ℓ⁻ν̄ℓ崩壊におけるレプトンのフレーバー不変性をテストすること。
• 測定されたR(D*)が、タイプII二ヒッグスダブルレット模型（2HDM）およびR₂型レプトクォーク模型などの新しい物理モデルとどの程度整合するかを評価すること。
• 以前の包括的解析とは統計的に独立したR(D*)の測定を提供し、標準模型予測とのグローバル比較の信頼性を高めること。

提案手法

• 半レプトン的タギング法を用い、B⁰のハドロン的パートナーB⁰ → D*+ℓ⁻ν̄ℓの崩壊を再構築することで、B̄⁰メソンのフレーバーを特定する。
• KEKB e⁺e⁻衝突機でBelle検出器が収集した772×10⁶個のB̄B̄対のデータサンプルを用いる。
• バックグラウンドの差し引きと運動量再構築技術を適用し、D*+およびτ⁻崩壊モードにおける信号イベントを分離する。
• 信号強化領域におけるD*+およびℓ⁻の運動量分布を同時にフィットすることで、分岐比を抽出する。
• モンテカルロシミュレーションを用いて信号およびバックグラウンドの寄与をモデル化し、検出イベント数に正規化する。
• 検出器効率、再構築バイアス、および粒子識別およびトラッキングの系統的不確実性を補正する。

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の、分岐比R(D*) = Br(B̄⁰ → D*+τ⁻ν̄τ)/Br(B̄⁰ → D*+ℓ⁻ν̄ℓの正確な値は何か？
• RQ2 測定されたR(D*)は標準模型の予測とどの程度一致しており、不確実性の範囲内で整合しているか？
• RQ3 データがタイプII 2HDMやR₂型レプトクォーク模型などの新しい物理モデルとどの程度整合するか？
• RQ4 測定されたR(D*)値は、レプトンのフレーバー不変性から顕著なずれを示しているか？
• RQ5 この測定は、以前のBelleの包括的測定とは統計的に独立しているか？

主な発見

• 測定されたR(D*)の値は0.302 ± 0.030（統計）± 0.011（系統）であり、1.6σの範囲で標準模型の予測と整合している。
• この結果は、Belle、BaBar、LHCbの他の包括的測定とよく一致しており、以前の研究で観測されたR(D*)の恒常的な増大傾向を確認している。
• タイプII 2HDMで最も支持されるパラメーターポイントはtanβ/mH⁺ = 0.7 GeV⁻¹に位置し、R₂型レプトクォーク模型ではCT = +0.360およびCT = -0.030が支持されている。
• CT = +0.360のR₂型レプトクォーク模型では、D*+運動量分布のp値がたった1.4%にとどまり、崩壊運動量の観点からデータに反する傾向が強い。
• この測定は、以前のBelleの包括的測定とは統計的に独立しており、レプトンのフレーバー不変性のグローバルテストにおける役割を強化している。
• バックグラウンド差し引き後のD*+およびℓ⁻の運動量分布は、データと期待される分布と良好に一致しており、分析手法の妥当性が裏付けられている。