[论文解读] Measurement of the branching fraction of $B^+ o au^+ u_ au$ decays with the semileptonic tagging method and the full Belle data sample

A. Abdesselam, I. Adachi+392 more|arXiv (Cornell University)|Sep 18, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 14

一句话总结

本研究利用半轻子打标方法和完整的Belle数据样本（7.72亿对$B\bar{B}$）测量了$B^+ \to \tau^+ \tau^-$衰变的分支分支比。测得的分支分支比为$(1.25 \pm 0.28_{\text{stat}} \pm 0.27_{\text{syst}}) \times 10^{-4}$，与标准模型预期及先前测量结果一致。

ABSTRACT

We report a measurement of the branching fraction of $B^+ o au^+ u_ au$ decays using a data sample of $772 imes 10^6 B \bar{B}$ pairs, collected at the $\Upsilon(4S)$ resonance with the Belle detector at the KEKB asymmetric-energy $e^+e^-$ collider. We reconstruct the accompanying $B$ meson in a semileptonic decay and detect the $B^+ o au^+ u_ au$ candidate in the recoiling event. We obtain a branching fraction of ${\cal B}(B^+ o au^+ u_ au) = [1.25 \pm 0.28 ({ m stat.}) \pm 0.27({ m syst.})] imes 10^{-4}$. This result is in good agreement with previous measurements and the expectation from calculations based on the Standard Model.

研究动机与目标

• 利用大规模、完全重建的$B\bar{B}$事例样本，精确测量稀有衰变$B^+ \to \tau^+ \tau^-$的分支分支比。
• 通过采用半轻子打标方法识别反冲$B$介子，以降低系统不确定性。
• 检验测得的分支分支比与该味改变中性流衰变的标准模型预测的一致性。
• 与先前使用相同衰变道的实验相比，提高分支分支比测量的精度。

提出的方法

• 利用在$\Upsilon(4S)$共振能区收集的完整Belle数据样本，共$772 \times 10^6$对$B\bar{B}$。
• 通过半轻子衰变（$B \to X_l \ell \bar{\nu}$）重建打标$B$介子，以确定关联$B^+$介子的味本征态。
• 在反冲事例中通过重建末态$\tau$轻子及其衰变产物，识别$B^+ \to \tau^+ \tau^-$候选事例。
• 应用运动学和拓扑选择条件，以抑制来自组合背景和错误重建事例的贡献。
• 在重建质量与运动学分布中对信号和背景成分进行联合拟合。
• 利用蒙特卡罗模拟和数据驱动技术评估统计不确定性和系统不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 利用完整Belle数据集，$B^+ \to \tau^+ \tau^-$稀有衰变的精确分支分支比是多少？
• RQ2 半轻子打标方法如何提升$B^+ \to \tau^+ \tau^-$测量中的信号纯度与系统控制能力？
• RQ3 测得的分支分支比是否与该味改变中性流衰变的标准模型预测一致？
• RQ4 测量中的主要系统不确定性来源是什么？它们如何被量化？

主要发现

• 基于完整Belle数据样本，测得$B^+ \to \tau^+ \tau^-$的分支分支比为$(1.25 \pm 0.28_{\text{stat}} \pm 0.27_{\text{syst}}) \times 10^{-4}$。
• 统计不确定性主要源于重建的$B^+ \to \tau^+ \tau^-$信号事例数量有限。
• 系统不确定性主要来自$\tau$轻子重建与识别的效率和分辨率建模。
• 该结果与先前测量结果以及该稀有衰变的标准模型预期高度一致。
• 由于数据样本更大且打标技术得到优化，测量精度相比早期研究有所提升。
• 在当前实验不确定度范围内，未观测到与标准模型预测的显著偏离。