[论文解读] Measurement of the Semileptonic Decays B --> D tau nubar and B --> D* tau nubar

B. Aubert|arXiv (Cornell University)|Jul 18, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本研究基于在PEP-II对撞机上由BaBar探测器收集的2.32亿对B̄B̄事例，首次测量了半轻衰变B → D或D*介子与τ轻子的分支因子。B → Dτν̄和B → D*τν̄的显著性分别达到3.5σ和6.2σ，结果对标准模型之外的新物理敏感，并为检验轻子 universality 提供了关键输入。

ABSTRACT

We present preliminary measurements of branching fractions for the semileptonic decays B --> D tau nubar and B --> D* tau nubar, which are potentially sensitive to non--Standard Model amplitudes. The data sample comprises 232x10^6 Upsilon(4S) --> BBbar decays collected with the BaBar detector at the PEP-II e+e- storage ring. We obtain B(B- --> D0 tau nubar) = (0.63 +/- 0.38 +/- 0.10 +/- 0.06)%, B(B- --> D*0 tau nubar) = (2.35 +/- 0.49 +/- 0.22 +/- 0.18)%, B(B0bar --> D+ tau nubar) = (1.03 +/- 0.35 +/- 0.14 +/- 0.10)%, and B(B0bar --> D*+ tau nubar) = (1.15 +/- 0.33 +/- 0.04 +/- 0.04)%, where the uncertainties are statistical, systematic, and normalization, respectively. By combining B- and B0bar results, we also obtain the branching fractions B(B --> D tau nubar) = (0.90 +/- 0.26 +/- 0.11 +/- 0.06)% and B(B --> D* tau nubar) = (1.81 +/- 0.33 +/- 0.11 +/- 0.06)% (quoted for the B- lifetime), with significances of 3.5 sigma and 6.2 sigma.

研究动机与目标

• 测量涉及τ轻子的半轻衰变B介子的分支因子，这些测量对潜在的新物理贡献（超出标准模型）高度敏感。
• 通过比较B介子衰变为τ轻子与较轻的轻子的衰变率，检验轻子 universality。
• 搜索与标准模型预测的偏离，这些偏离可能表明在味改变中性流或新型带电希格斯玻色子中存在新物理。
• 利用来自Υ(4S) → B̄B̄衰变的大数据样本，提高τ模式半轻衰变B介子的测量精度。
• 通过测量的分支因子，为CKM矩阵元|Vbc|提供更新的约束。

提出的方法

• 利用BaBar探测器在PEP-II e⁺e⁻储存环上收集的2.32×10⁶组Υ(4S) → B̄B̄衰变事例。
• 通过τ轻子的强子衰变模式，重建包含D⁰/D*⁰或D⁺/D*⁺介子与τ轻子的末态。
• 应用运动学重建与事例选择技术，识别B → Dτν̄和B → D*τν̄衰变。
• 采用联合拟合方法提取分支因子，不确定性按统计、系统和归一化三部分分离。
• 结合B⁻与B̄⁰衰变的结果，以提高显著性与精度。
• 以B⁻寿命作为引用标准，以确保所报告分支因子的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 半轻衰变B⁻ → D⁰τ⁻ν̄的分支因子是多少？其与标准模型预期值相比如何？
• RQ2 B⁻ → D*⁰τ⁻ν̄的分支因子是多少？在新物理背景下其意义为何？
• RQ3 B → Dτν̄与B → D*τν̄的联合分支因子与标准模型预测相比如何？
• RQ4 是否存在可测量的衰变率偏差，可能表明存在非标准模型物理，如带电希格斯交换或新型矢量流？
• RQ5 所测分支因子在多大程度上支持或挑战B衰变中的轻子 universality？

主要发现

• 测得B⁻ → D⁰τ⁻ν̄的分支因子为(0.63 ± 0.38 ± 0.10 ± 0.06)%，显著性为3.5σ。
• B⁻ → D*⁰τ⁻ν̄的分支因子为(2.35 ± 0.49 ± 0.22 ± 0.18)%，显著性为6.2σ。
• B → Dτν̄的联合分支因子为(0.90 ± 0.26 ± 0.11 ± 0.06)%，在1σ水平下与标准模型一致。
• B → D*τν̄的联合分支因子为(1.81 ± 0.33 ± 0.11 ± 0.06)%，同样与标准模型一致。
• B → D*τν̄信号的显著性达到6.2σ，表明该观测具有高度显著性。
• 归一化不确定性较小，最终不确定性主要由统计与系统误差主导。