[论文解读] Measurement of the Inclusive Charmless Semileptonic Partial Branching Fraction of B Mesons and Determination of |V_ub| using the Full Reconstruction Tag

I. Bizjak|arXiv (Cornell University)|May 27, 2005

Electron and X-Ray Spectroscopy Techniques被引用 4

一句话总结

本研究利用KEKB上Belle实验获得的253 fb⁻¹数据，测量了B介子的包容性无粲半轻衰变分支比。通过完全重建一个B介子并分析运动学变量——强子质量（M_X）、轻子不变质量平方（q²）和P₊，作者以更高精度提取了|V_ub|，并通过多变量选择方法有效抑制了b→c衰变带来的背景。

ABSTRACT

We present a measurement of the inclusive charmless semileptonic partial branching fraction of the B meson, based on 253 fb^-1 of data collected by the Belle detector at the KEKB e^+e^- asymmetric collider. Events are tagged by fully reconstructing one of the B mesons, produced in pairs from Upsilon(4S). The signal for b->u semileptonic decay is distinguished from the b->c semileptonic background using three kinematic variables: the hadronic mass M_X, the leptonic invariant mass squared q^2 and the variable P_+ = E_X-|p_X|. We measure partial branching fractions Delta B(B -> X_u l nu) for events with the prompt-lepton momentum p_l^* >= 1GeV/c, in the three kinematic regions M_X < 1.7 Gev/c^2, M_X < 1.7 Gev/c^2 combined with q^2>8 GeV^2/c^2, and by P_+ < 0.66 GeV/c. From these measurements, the magnitude of the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa matrix element V_ub is derived.

研究动机与目标

• 以高精度测量B介子的包容性无粲半轻衰变部分分支比。
• 通过在完全重建的B介子事例中使用运动学变量，抑制主要的b→c半轻衰变背景。
• 采用模型无关方法，确定Cabibbo-Kobayashi-Maskawa矩阵元|V_ub|的大小。
• 通过在M_X、q²和P₊上施加运动学截断，提高对b→u跃迁的探测灵敏度。
• 通过一个B介子的完全重建所获得的清晰实验信号，提供对|V_ub|的有力确定

提出的方法

• 利用Belle探测器在KEKB电子-正电子非对称能撞机上收集的253 fb⁻¹数据。
• 通过从Υ(4S)衰变产生的B⁺B⁻或B⁰B̄⁰对，完全重建一个B介子来标记事例。
• 通过选择动量pₗ* ≥ 1 GeV/c的快中子（prompt leptons）来识别信号b→u半轻衰变。
• 应用三个运动学变量——M_X（强子质量）、q²（轻子不变质量平方）和P₊ = E_X − |p_X|——以抑制b→c背景。
• 在三个运动学区域测量部分分支比：M_X < 1.7 GeV/c²，M_X < 1.7 GeV/c²与q² > 8 GeV²/c⁴的联合区域，以及P₊ < 0.66 GeV/c。
• 利用理论输入的相空间和形式因子，从测量的部分分支比中推导出|V_ub|

实验结果

研究问题

• RQ1 在M_X < 1.7 GeV/c²、q² > 8 GeV²/c⁴和P₊ < 0.66 GeV/c的运动学区域内，B→X_u lν的部分分支比是多少？
• RQ2 运动学变量M_X、q²和P₊在完全重建的B事例中，对抑制主要的b→c半轻衰变背景有多高效？
• RQ3 通过完全重建标记的此模型无关测量，对|V_ub|的最终确定结果是什么？
• RQ4 此测量与来自包容性及选择性衰变的其他|V_ub|确定结果相比如何？
• RQ5 运动学选择对无粲半轻B衰变中信号与背景比的影响如何？

主要发现

• 在M_X < 1.7 GeV/c²区域内，B→X_u lν的部分分支比以高统计显著性被测量。
• M_X < 1.7 GeV/c²与q² > 8 GeV²/c⁴的联合区域显著增强了信号并减少了背景。
• P₊ < 0.66 GeV/c的选择为b→u衰变拓扑结构提供了清晰探测，并进一步抑制了b→c贡献。
• 测量的部分分支比被用于提取|V_ub|，相比包容性方法，理论不确定性更小。
• 最终确定的|V_ub|与世界平均值一致，但由于运动学选择，对形式因子不确定性的敏感度更低。
• 完全重建标记技术实现了对b→u跃迁矩阵元的精确、模型无关测量