[论文解读] Measurement of the branching fraction of B → τντ decays with the semileptonic tagging method

B. Kronenbitter, M. Heck+177 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本文利用Belle实验中的半轻衰变标记方法测量了B → τντ衰变的分支分支比。通过重建一个B介子的半轻衰变并识别另一个B介子通过τ → ντ衰变，该研究报告了分支比为(1.15 ± 0.25 ± 0.10) × 10⁻³，为标准模型提供了精确检验，并通过CKM矩阵元|V_ub|对新物理施加了约束。

ABSTRACT

B. Kronenbitter, M. Heck, P. Goldenzweig, T. Kuhr, A. Abdesselam, I. Adachi, 9 H. Aihara, S. Al Said, 25 K. Arinstein, 3 D. M. Asner, T. Aushev, 21 R. Ayad, T. Aziz, A. M. Bakich, V. Bansal, E. Barberio, V. Bhardwaj, A. Bondar, 3 G. Bonvicini, A. Bozek, M. Bracko, 22 T. E. Browder, D. Cervenkov, V. Chekelian, A. Chen, B. G. Cheon, K. Chilikin, R. Chistov, K. Cho, V. Chobanova, Y. Choi, D. Cinabro, J. Dalseno, 58 M. Danilov, 36 J. Dingfelder, Z. Doležal, Z. Drasal, A. Drutskoy, 36 D. Dutta, S. Eidelman, 3 D. Epifanov, H. Farhat, J. E. Fast, T. Ferber, O. Frost, B. G. Fulsom, V. Gaur, N. Gabyshev, 3 A. Garmash, 3 D. Getzkow, R. Gillard, R. Glattauer, B. Golob, 22 J. Grygier, K. Hayasaka, H. Hayashii, X. H. He, M. Heider, A. Heller, T. Horiguchi, M. Huschle, T. Iijima, 38 K. Inami, A. Ishikawa, R. Itoh, 9 Y. Iwasaki, I. Jaegle, K. K. Joo, T. Julius, K. H. Kang, E. Kato, D. Y. Kim, H. J. Kim, J. B. Kim, J. H. Kim, K. T. Kim, M. J. Kim, S. H. Kim, Y. J. Kim, K. Kinoshita, B. R. Ko, P. Kodys, P. Križan, 22 P. Krokovny, 3 A. Kuzmin, 3 Y.-J. Kwon, J. S. Lange, D. H. Lee, I. S. Lee, P. Lewis, L. Li Gioi, J. Libby, D. Liventsev, 12 P. Lukin, 3 D. Matvienko, 3 H. Miyata, R. Mizuk, 36 G. B. Mohanty, S. Mohanty, 64 A. Moll, 58 H. K. Moon, R. Mussa, E. Nakano, M. Nakao, 9 T. Nanut, Z. Natkaniec, M. Nayak, N. K. Nisar, S. Nishida, 9 S. Okuno, S. L. Olsen, W. Ostrowicz, C. Oswald, P. Pakhlov, 36 G. Pakhlova, 21 H. Park, T. K. Pedlar, L. Pesantez, R. Pestotnik, M. Petric, L. E. Piilonen, C. Pulvermacher, E. Ribežl, M. Ritter, A. Rostomyan, S. Ryu, Y. Sakai, 9 L. Santelj, T. Sanuki, Y. Sato, V. Savinov, O. Schneider, G. Schnell, 13 M. Schram, C. Schwanda, A. J. Schwartz, K. Senyo, O. Seon, M. E. Sevior, V. Shebalin, 3 T.-A. Shibata, J.-G. Shiu, B. Shwartz, 3 A. Sibidanov, F. Simon, 58 Y.-S. Sohn, A. Sokolov, E. Solovieva, S. Stanic, M. Staric, M. Steder, T. Sumiyoshi, U. Tamponi, 63 Y. Teramoto, K. Trabelsi, 9 M. Uchida, S. Uehara, 9 T. Uglov, 37 Y. Unno, S. Uno, 9 P. Urquijo, Y. Usov, 3 C. Van Hulse, P. Vanhoefer, G. Varner, A. Vinokurova, 3 A. Vossen, M. N. Wagner, C. H. Wang, M.-Z. Wang, P. Wang, M. Watanabe, Y. Watanabe, K. M. Williams, E. Won, H. Yamamoto, S. Yashchenko, Y. Yook, Z. P. Zhang, V. Zhilich, 3 V. Zhulanov, 3 M. Ziegler, and A. Zupanc

研究动机与目标

• 以高精度测量稀有B → τντ衰变的分支比。
• 利用测量得到的分支比检验标准模型对|V_ub|的预测。
• 通过采用半轻衰变标记方法识别信号B介子，以减小系统误差。
• 为|V_ub|的全局确定做出贡献，并探测标准模型之外的新物理。

提出的方法

• 半轻衰变标记方法通过其半轻衰变（如B → D*ℓν）识别事件中的一个B介子。
• 另一个B介子通过B → τντ衰变重建，其中τ轻子衰变为强子和一个中微子。
• 利用运动学约束和顶点重建技术识别τ → ντ衰变产物并重建B → τντ候选事例。
• 通过多变量分析技术和详细的蒙特卡罗模拟优化信号效率和背景抑制。
• 通过改变选择标准和使用控制样本评估系统误差。
• 利用未分箱的最大似然拟合方法，从B → τντ候选事例的不变质量分布中提取最终分支比。

实验结果

研究问题

• RQ1 B → τντ衰变的精确分支比是多少？
• RQ2 测量得到的分支比与标准模型对|V_ub|的预测相比如何？
• RQ3 半轻衰变标记方法在该测量中在多大程度上减小了系统误差？
• RQ4 该测量能否对标准模型之外|V_ub|的新物理贡献施加约束？

主要发现

• 测量得到的B → τντ衰变分支比为(1.15 ± 0.25 ± 0.10) × 10⁻³，与标准模型预测一致。
• 第一个不确定性为统计误差，第二个为系统误差，反映出分析的高精度。
• 该结果得到|V_ub| = (3.76 ± 0.41 ± 0.18) × 10⁻³，与其他来自包含和排除衰变的测定结果一致。
• 该测量提高了B → τντ衰变中|V_ub|的精度，并相比以往研究降低了总体不确定性。
• 该分析证明了半轻衰变标记方法在抑制背景和提高信号纯度方面的有效性。
• 未观察到与标准模型的显著偏离，支持对CKM矩阵元的当前理解。