Analysis of rare B meson decays at the Japanese B meson factory experiment Belle exploiting new neural full reconstruction algorithms
Final Report Abstract
In B-Fabriken kollidieren Elektronen und Positronen bei Energien, bei denen mit hoher Wahrscheinlichkeit genau ein Paar von B-Mesonen erzeugt wird. Das von ca 450 Physikern aus aller Welt betriebene Belle-Experiment am japanischen Beschleuniger KEKB hält den Weltrekord an rekonstruierten B-Meson-Paaren in einem über 10 Jahre aufgenommenen Datensatz. Bisher durchgeführte Analysen auf diesem Datensatz haben das Standardmodell der Teilchenphysik mit hoher Genauigkeit bestätigt, u.a. Zerfallsraten, Teilchen-Antiteilchen- Oszillationen, und Verletzungen der CP-Symmetrie in Übereinstimmung mit der Theorie von Kobayashi und Maskawa gemessen, die dafür 2008 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet worden sind. Bei einer weiteren Erhöhung der Präzision könnten jedoch Signale vieler populärer Erweiterungen des Standardmodells wie z.B. Supersymmetrie gefunden werden. Die Antragsteller hatten im Vorfeld dieses Projekts ein neuartiges hierarchisches Rekonstruktionsverfahren von 1042 Zerfallskanälen entwickelt, das auf Bayes’scher Statistik und 71 neuronalen Netzwerken (NeuroBayes, die Basis des kommerziellen Erfolgs der mit vielen Innovationspreisen ausgezeichneten Firma Blue Yonder GmbH) basiert, um den Datensatz mit einem vollständig rekonstruierten B-Meson zu maximieren. Durch Anwendung dieser Software konnten wir die effektive Luminosität für Analysen, die auf einem vollständig rekonstruierten B-Meson beruhen, mehr als verdoppeln, was einer weiteren Datennahme von vielen Jahren entspricht. In diesem DFG-Projekt wollten wir unsere Software-Innovation auch bezüglich des Physik-Outputs optimal ausnutzen. Insbesondere Zerfälle mit Neutrinos profitieren von der vollständigen Rekonstruktion. Die drei im Proposal genannten Analysen der seltenen Zerfälle B → D(*) τν, B → hνν und B → l ν γ (l=e, μ) haben wir alle mit weltbester Präzision durchgeführt und veröffentlicht. Weiterhin haben wir eine Analyse des seltenen Zerfalls B → τν mit semileptonischem Tagging sowie Verzweigungsverhältnisse und CP-Verletzungs-Parameter der rein hadronischen Zerfälle DD, D*D, D*D*, K*Φ (auch alles weltbeste Präzision) gemessen sowie die bei weitem präziseste und modellunabhängige Messung des Verzweigungsverhältnisses Λc+àpKπ vorgenommen und veröffentlicht. Alle Resultate sind mit dem Standardmodell der Teilchenphysik verträglich und setzen Limits auf Physik-Modelle jenseits des Standardmodells. Es befinden sich noch weitere B-Zerfallskanäle in der Bearbeitung, z.B. Bàττ und Β àD(*) ππ, auch diese versprechen weltbeste Präzision. Auch durch die Erfahrung mit all diesen Analysen hat unsere Gruppe ein noch erweitertes vollständiges Rekonstruktionsprogramm (Full Event Interpretation) für das Nachfolgeexperiment Belle II entwickelt, das noch mächtiger, flexibler, effizienter und schneller ist und schon gleich bei der ersten Rekonstruktion kurz nach der Datennahme eingesetzt werden wird. Die in diesem Projekt gesammelte Erfahrung versetzt unser Institut außerdem in die Lage, in der inzwischen mehr auf 750 Physiker angewachsenen Belle II- Kollaboration direkt nach Aufnahme der ersten Daten maßgeblichen Einfluss auf die Suche nach neuer Physik mit sehr viel höherer Datenrate zu haben.
Publications
- First observation of CP violation and improved measurement of the branching fraction and polarization of B0 → D*+ D*- decays, Phys.Rev. D86 071103 (2012)
Belle Collaboration (B. Kronenbitter et al.)
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevD.86.071103) - Measurement of branching fractions and time dependent CP violating asymmetries in CP-violation asymmetries in B0 àD(*) D decays, Phys.Rev. D85, 091106 (2012)
Belle Collaboration (M. Röhrken et al.)
- Angular analysis of B0 → K*Φ decays and search for CP violation at Belle, Phys.Rev. D88 (2013) 072004
Belle Collaboration (M. Prim et al.)
- Search for B → h(*)νν with the full Belle Y(4S) data sample, Phys. Rev. D 87, 111103 (2013)
Belle Collaboration (O. Lutz et al.)
- Measurement of the Branching Fraction B(Λc+ → p K- π+), Phys.Rev.Lett. 113 (2014) 4, 042002
Belle Collaboration (A. Zupanc et al.)
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.113.042002) - , Search for B+ → ℓ+νlγ decays with hadronic tagging using the full Belle data sample Phys.Rev. D91 (2015) 11, 112009
Belle Collaboration (A. Heller et al.)
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevD.91.112009) - Measurement of the branching fraction of B+ → τ+ ν decays with the semileptonic tagging method, Phys.Rev. D92 (2015) 5, 051102
Belle Collaboration (B. Kronenbitter et al.)
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevD.92.051102) - Measurement of the branching ratio of B → D(*) τν relative to B → D(*) l ν decays with hadronic tagging at Belle. Phys.Rev. D92 (2015) 7, 072014
Belle Collaboration (M. Huschle et al.)
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevD.92.072014)
