[논문 리뷰] Precise determination of the CKM matrix element $\left| V_{cb} ight|$ with $\bar B^0 o D^{*\,+} \, \ell^- \, \bar ν_\ell$ decays with hadronic tagging at Belle

The Belle Collaboration, A. Abdesselam외 462명|arXiv (Cornell University)|2017. 02. 06.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 36

한 줄 요약

이 논문은 벨 실험에서 수류체 태깅을 사용한 완전 복원된 $\bar{B}^0 \to D^{*+} \ell^- \bar{\nu}_\ell$ 붕괴를 통해 CKM 행렬 원소 |V_{cb}|의 정밀 측정을 제시한다. 운동량 변수인 반발 매개변수 $w$와 세 개의 붕괴 각도에서 총 붕괴율과 미분 붕괴율을 측정함으로써 분석은 $|V_{cb}| = (37.4 \pm 1.3) \times 10^{-3}$을 추출하였으며, 이는 세계 평균과 일치한다. 또한 이론과 직접 비교할 수 있도록 처음으로 편환된 미분 붕괴 폭을 보고한다.

ABSTRACT

The precise determination of the CKM matrix element $\left| V_{cb} ight|$ is important for carrying out tests of the flavour sector of the Standard Model. In this article we present a preliminary analysis of the $\bar B^0 o D^{*\,+} \, \ell^- \, \bar ν_\ell$ decay mode and its charge conjugate, selected in events that contain a fully reconstructed $B$-meson, using 772 million $e^+ \, e^- o Υ(4S) o B \bar B$ events recorded by the Belle detector at KEKB. Unfolded differential decay rates of four kinematic variables fully describing the $\bar B^0 o D^{*\,+} \, \ell^- \, \bar ν_\ell$ decay in the $B$-meson rest frame are presented. We measure the total branching fraction $\mathcal{B}( \bar B^0 o D^{*\,+} \, \ell^- \, \bar ν_\ell ) = \left(4.95 \pm 0.11 \pm 0.22 ight) imes 10^{-2}$, where the errors are statistical and systematic respectively. The value of $\left|V_{cb} ight|$ is determined to be $\left( 37.4 \pm 1.3 ight) imes 10^{-3}$. Both results are in good agreement with current world averages.

연구 동기 및 목표

• 완전 복원된 $\.bar{B}^0 \to D^{*+} \ell^- \bar{\nu}_\ell$ 붕괴를 사용하여 CKM 행렬 원소 |V_{cb}|의 정밀도를 향상시키는 것.
• 수류체 태깅을 사용하여 운동량 관측량—반발 매개변수 $w$와 세 개의 붕괴 각도—에서의 총 및 미분 신호 수확량을 추출하는 것.
• 이론 예측과 직접 비교할 수 있도록 처음으로 편환된 미분 붕괴 폭을 보고하는 것.
• 형상 인자 매개변수를 사용하여 비율 $R(D^*) = \mathcal{B}(\bar{B} \to D^* \tau \bar{\nu}_\tau) / \mathcal{B}(\bar{B} \to D^* \ell \bar{\nu}_\ell)$를 계산하고 표준모형과의 괴리 여부를 평가하는 것.

제안 방법

• 분석은 수류체 태깅을 통해 B-하드론의 품질를 식별한 완전 복원된 $\.bar{B}^0 \to D^{*+} \ell^- \bar{\nu}_\ell$ 붕괴 데이터셋을 사용한다.
• 신호 수확량은 반발 매개변수 $w$와 $D^{*+}$ 붕괴를 완전히 기술하는 세 개의 붕괴 각도를 포함한 네 개의 운동량 변수에서 추출된다.
• 네 변수 간의 통계적 상관관계를 결정하고, 최대우도 적합을 통해 수확량을 구간별로 편환된 미분 붕괴 폭으로 변환한다.
• $|V_{cb}|$의 값은 형상 인자 매개변수 $\rho_{D^*}^2$, $R_1(1)$, $R_2(1)$를 포함하여 네 개의 운동량 변수를 동시에 적합하여 결정된다.
• 적합된 형상 인자 매개변수와 $R_0(1) = 1.14 \pm 0.11$의 값(참고문헌 Fajfer:2012vx)을 사용하여 비율 $R(D^*)$를 계산한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 완전 복원된 $\.bar{B}^0 \to D^{*+} \ell^- \bar{\nu}_\ell$ 붕괴와 수류체 태깅을 사용하여 추출된 CKM 행렬 원소 |V_{cb}|의 정밀한 값은 무엇인가?
• RQ2 반발 매개변수 $w$와 붕괴 각도에서의 편환된 미분 붕괴 폭은 이론적 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 측정된 형상 인자 매개변수를 기반으로 예측된 비율 $R(D^*)$의 값은 얼마이며, 세계 평균과 비교해보면 어떠한가?
• RQ4 예측된 $R(D^*)$와 현재 세계 평균 사이에 유의미한 괴리가 있는가? 그 통계적 유의수준은 얼마인가?

주요 결과

• 반전 붕괴율 $\.bar{B}^0 \to D^{*+} \ell^- \bar{\nu}_\ell$는 $\mathcal{B} = (4.95 \pm 0.11 \pm 0.22) \times 10^{-2}$로 측정되었으며, 세계 평균과 일치한다.
• CKM 행렬 원소는 $|V_{cb}| = (37.4 \pm 1.3) \times 10^{-3}$로 결정되었으며, 현재 세계 평균과 양호한 일치를 보인다.
• 반발 매개변수 $w$와 세 개의 붕괴 각도에서의 편환된 미분 붕괴 폭이 처음으로 보고되었으며, 이는 이론 모델과 직접 비교할 수 있도록 한다.
• 적합된 형상 인자 매개변수와 $R_0(1) = 1.14 \pm 0.11$를 사용하여 예측된 $R(D^*)$ 값은 $0.242 \pm 0.005$이며, Fajfer:2012vx에서의 예측값 $0.252 \pm 0.003$보다 낮다.
• 예측된 $R(D^*)$는 현재 세계 평균 $0.310 \pm 0.015 \pm 0.008$와의 괴리가 있으며, 약 3.8 표준편차의 유의수준을 보인다.