Measurement of the branching fractions of the semileptonic decays B+ → ηlν and B+ → η′lν with signal-side only reconstruction at the Belle experiment

by Uwe Gebauer
Doctoral thesis
Date of Examination:2021-06-11
Date of issue:2021-11-25
Advisor:Prof. Dr. Ariane Frey
Referee:Prof. Dr. Ariane Frey
Referee:Prof. Dr. Stan Lai
Persistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-8978

 

 

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Abstract

English

This thesis presents a measurement of the branching fractions of the decays B+ → ηlν and B+ → η'lν. The entire data sample collected by the Belle experiment at the energy of the Υ(4S) resonance is used, which contains in total 772E6 BB pairs. The η meson is reconstructed in two decay channels and the η′ meson in one decay channel. Only the decay products of one of the two B mesons from the BB pair are explicitly reconstructed to achieve a high efficiency. Instead of explicitly reconstructing the remainder of the event, the neutrino in the decay is inferred using conservation laws to allow reconstruction of the B+. Background events are reduced using boosted decision trees. A binned maximum likelihood fit of MC distributions to the data sample is used to extract the signal yield in the end. The entire reconstruction chain keeps the dependence on the transferred momentum q2 as low as possible to reduce effects of the modelling of the decay. The determined branching fractions are Br(B+ → ηlν) = (2.83 ± 0.55 ± 0.34)E−5 and Br(B+ → η′lν) = (2.79 ± 1.29 ± 0.30)E−5 with the statistical uncertainty first and the systematic second.
Keywords: Particle Physics; Belle; High Energy Physics; Semileptonic B Decays; Eta meson

German

Diese Dissertation präsentiert eine Messung des Verzweigungsverhältnisses der Zerfälle B+ → ηlν und B+ → η′lν. Dabei wird der gesamte an der Energie der Υ(4S)-Resonanz gemessene Datensatz des Belle-Experiments verwendet. Dieser enthält 772E6 BB-Paare. Das im Zerfall entstehende η-Meson wird in zwei und das η′-Meson in einem Zerfallskanal rekonstruiert. Nur die Zerfallskette eines der beiden B-Mesonen wird explizit rekonstruiert, wobei das Neutrino mittels Erhaltungssätzen aus dem Rest des Ereignisses abgeleitet wird. Hiermit wird eine größtmögliche Rekonstruktionseffizienz erzielt. Der Anteil an Untergrundereignissem im rekonstruierten Datensatz wird mittels Boosted Decision Trees verringert, bevor die Anzahl an Signalereignissen im Datensatz mittels eines Binned-Maximum-Likelihood-Fits ermittelt wird, bei dem die einzelnen MC Verteilungen an den Datensatz gefittet werden. Die gesamte Analyse hält die Abhängigkeit der Selektion vom Impulsübertrag q2 so gering wie möglich, um Auswirkungen der Zerfallsmodellierung zu vermeiden. Die gemessenen Verzweigungsverhältnisse sind Br(B+ → ηlν) = (2.83 ± 0.55 ± 0.34)E−5 und Br(B+ → η′lν) = (2.79 ± 1.29 ± 0.30)E−5 mit statistischer und systematischer Unsicherheit.
 
Statistik