[论文解读] Invariant mass spectra of $ au^{-} ightarrow h^{-}h^{-}h^{+} u$ decays

Ian Michael Nugent|arXiv (Cornell University)|Jan 29, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 6被引用 16

一句话总结

本文利用BABAR实验获得的342 fb⁻¹ e⁺e⁻数据，对四种强子tau衰变——τ⁻→π⁻π⁻π⁺ντ、τ⁻→K⁻π⁻π⁺ντ、τ⁻→K⁻π⁻K⁺ντ和τ⁻→K⁻K⁻K⁺ντ——的展开不变质量谱进行了分析。通过贝叶斯展开和背景减法，该研究实现了高分辨率的谱分布，对精确测量|Vus|以及提升大型强子对撞机（LHC）和未来B工厂中tau衰变的建模具有重要意义。

ABSTRACT

Using 342$fb^{-1}$ of $e^{+}e^{-}$ annihilation data collected with the BABAR detector at the SLAC PEP-II electron-positron asymmetric energy collider operating at a center-of-mass energies near 10.58GeV, we present the preliminary measurements of the invariant mass distributions of $ au^{-} ightarrow \pi^{-}\pi^{-}\pi^{+} u$, $ au^{-} ightarrow K^{-}\pi^{-}\pi^{+} u$, $ au^{-} ightarrow K^{-}\pi^{-}K^{+} u$ and $ au^{-} ightarrow K^{-}K^{-}K^{+} u$, where events with $K_{S}^{0} ightarrow \pi^{-}\pi^{+}$ decays are excluded.

研究动机与目标

• 测量涉及带电π介子和K介子的四种强子tau衰变模式的高分辨率不变质量谱。
• 使用贝叶斯展开方法，减少探测器引起的不变质量分布畸变。
• 通过减去粒子误识别和额外π⁰衰变的背景，分离出信号贡献。
• 利用控制样本验证BABAR分支比测量的准确性。
• 为未来B工厂和LHC实验中改进tau衰变的理论建模，提供优化的谱数据。

提出的方法

• 使用BABAR探测器在√s ≈ 10.58 GeV能量下收集的342 fb⁻¹ e⁺e⁻湮灭数据。
• 通过要求对应τ⁺衰变为轻子道，选择τ⁻→h⁻h⁻h⁺ντ衰变。
• 应用粒子识别技术区分π介子和K介子，排除K⁰S→π⁺π⁻衰变。
• 对来自误识别粒子的交叉馈电背景和额外π⁰贡献进行算术背景减法。
• 采用贝叶斯展开方法，结合信号蒙特卡罗模拟，校正探测器分辨率和效率效应。
• 将所有展开后的分布归一化为单位值，以便与模拟结果直接比较并用于参数调优。

实验结果

研究问题

• RQ1 在消除探测器效应后，τ⁻→π⁻π⁻π⁺ντ、τ⁻→K⁻π⁻π⁺ντ、τ⁻→K⁻π⁻K⁺ντ和τ⁻→K⁻K⁻K⁺ντ衰变的不变质量分布呈现何种形态？
• RQ2 误识别粒子引起的交叉馈电背景对各衰变道的贡献有多大？
• RQ3 每个衰变道中，末态额外含有π⁰的事件污染程度如何？
• RQ4 探测器的分辨率和效率在多大程度上扭曲了真实的不变质量谱？
• RQ5 展开后的谱与生成器级蒙特卡罗模拟以及Tauola的CLEO调谐参数（2.8版）的符合程度如何？

主要发现

• 误识别粒子引起的交叉馈电背景测量值为：τ⁻→π⁻π⁻π⁺ντ为0.85±0.01，τ⁻→K⁻π⁻π⁺ντ为38.5±0.2，τ⁻→K⁻π⁻K⁺ντ为2.9±0.1，τ⁻→K⁻K⁻K⁺ντ为27.7±3.0。
• 额外π⁰污染的估计值为：τ⁻→π⁻π⁻π⁺ντ为3.6±0.3%，τ⁻→K⁻π⁻π⁺ντ为2.3±0.4%，τ⁻→K⁻π⁻K⁺ντ为0.4±0.1%，τ⁻→K⁻K⁻K⁺ντ小于5.0%。
• 非τ背景在所有通道中贡献均低于0.5%，证实其影响可忽略。
• 贝叶斯展开过程对谱的影响极小，表明探测器分辨率良好。
• 展开后的谱与生成器级蒙特卡罗模拟以及Tauola 2.8版的CLEO调谐参数高度一致。
• 结果为确定奇异和非奇异谱密度函数提供了关键输入，并有助于以更高精度提取|Vus|。