[論文レビュー] Measurement of the Semileptonic Decays B --> D tau nubar and B --> D* tau nubar

B. Aubert|arXiv (Cornell University)|Jul 18, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、PEP-IIのBaBar検出器が収集した23200万対のB̄B̄で、半レプトン的B崩壊におけるDまたはD*メソンとタウレプトンへの分支比の予備測定を提示する。B → Dτν̄およびB → D*τν̄の結果は、それぞれ3.5σおよび6.2σの有意水準を示しており、標準模型を超える新しい物理に敏感であり、レプトンユニバーサリティの検証に重要な入力となる。

ABSTRACT

We present preliminary measurements of branching fractions for the semileptonic decays B --> D tau nubar and B --> D* tau nubar, which are potentially sensitive to non--Standard Model amplitudes. The data sample comprises 232x10^6 Upsilon(4S) --> BBbar decays collected with the BaBar detector at the PEP-II e+e- storage ring. We obtain B(B- --> D0 tau nubar) = (0.63 +/- 0.38 +/- 0.10 +/- 0.06)%, B(B- --> D*0 tau nubar) = (2.35 +/- 0.49 +/- 0.22 +/- 0.18)%, B(B0bar --> D+ tau nubar) = (1.03 +/- 0.35 +/- 0.14 +/- 0.10)%, and B(B0bar --> D*+ tau nubar) = (1.15 +/- 0.33 +/- 0.04 +/- 0.04)%, where the uncertainties are statistical, systematic, and normalization, respectively. By combining B- and B0bar results, we also obtain the branching fractions B(B --> D tau nubar) = (0.90 +/- 0.26 +/- 0.11 +/- 0.06)% and B(B --> D* tau nubar) = (1.81 +/- 0.33 +/- 0.11 +/- 0.06)% (quoted for the B- lifetime), with significances of 3.5 sigma and 6.2 sigma.

研究の動機と目的

• タウレプトンを含む半レプトン的B崩壊の分支比を測定すること。これは、標準模型を超える寄与の可能性に敏感である。
• B中間子がタウレプトンと軽いレプトンに崩壊する割合を比較することで、レプトンユニバーサリティを検証すること。
• フラーバー変換中性荷電現在や新しい電荷付きヒッグスボソンの存在を示唆する可能性がある、標準模型の予測からの逸脱を探索すること。
• Upsilon(4S) → B̄B̄崩壊から得た大規模なデータサンプルを用いて、タウモード半レプトン的B崩壊の精度を向上させること。
• 測定された分支比を用いて、CKM行列要素|Vbc|の更新された制約を提供すること。

提案手法

• PEP-II電子陽電子衝突型加速器におけるBaBar検出器が収集した232×10⁶個のUpsilon(4S) → B̄B̄崩壊を用いる。
• D⁰/D*⁰またはD⁺/D*⁺メソンとタウレプトンを、そのハドロン的崩壊モードを介して再構築する。
• 運動量的再構築とイベント選別技術を適用して、B → Dτν̄およびB → D*τν̄崩壊を特定する。
• 同時にフィットを用いて分支比を抽出し、不確実性を統計的、系統的、正規化の3つの成分に分離する。
• B⁻およびB̄⁰崩壊の結果を組み合わせて有意水準と精度を向上させる。
• 記載された分支比の基準としてB⁻の寿命を用いることで一貫性を確保する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 半レプトン的崩壊B⁻ → D⁰τ⁻ν̄の分支比は何か。また、これは標準模型の予想とどのように比較されるか。
• RQ2 B⁻ → D*⁰τ⁻ν̄の分支比は何か。また、新しい物理の文脈においてその有意水準は何か。
• RQ3 B → Dτν̄およびB → D*τν̄の組み合わせた分支比は、標準模型の予想とどのように比較されるか。
• RQ4 チャージドヒッグス交換や新しいベクトルカレントの存在を示唆する可能性がある、崩壊率の測定可能な逸脱は存在するか。
• RQ5 測定された分支比は、B崩壊におけるレプトンユニバーサリティを支持するか、あるいは挑戦するか。

主な発見

• B⁻ → D⁰τ⁻ν̄の測定された分支比は(0.63 ± 0.38 ± 0.10 ± 0.06)%であり、有意水準は3.5σである。
• B⁻ → D*⁰τ⁻ν̄の分支比は(2.35 ± 0.49 ± 0.22 ± 0.18)%であり、有意水準は6.2σである。
• B → Dτν̄の組み合わせた分支比は(0.90 ± 0.26 ± 0.11 ± 0.06)%であり、1σレベルで標準模型と整合的である。
• B → D*τν̄の組み合わせた分支比は(1.81 ± 0.33 ± 0.11 ± 0.06)%であり、これも標準模型と整合的である。
• B → D*τν̄信号の有意水準は6.2σに達しており、顕著な観測であることを示している。
• 正規化の不確実性は小さく、最終的な不確実性は統計的および系統的成分が支配的である。