Measurement of the B -> D⁰ℓ⁻vℓ branching fraction using Belle II data

Abstract

Acht Jahre nach Beendigung des Belle-Experiments im Jahr 2010 wurde der verbesserte Belle II Detektor 2018 in Betrieb genommen. Belle II ist ein Teilchen- beschleunigerexperiment und befindet sich am KEK Forschungszentrum für Hochenergiephysik in Tsukuba, Japan. Durch Kollisionen von Elektronen und Positronen bei einer Schwerpunktsenergie von 10.58 GeV, welche ungefähr der doppelten B-Meson Masse entspricht, können große Mengen an B-Mesonen pro- duziert und analysiert werden.Ziel dieser Arbeit ist es, das Verzweigungsverhältnis der Zerfälle B− D0e−νe und B− D0μ−νμ mittels der Belle II Daten von 2019 und 2020 zu messen. Die Endprodukte des Zerfalls sind im Detektor sichtbar, mit Ausnahme des Neutrinos, und werden kombiniert um den Zerfall zu rekonstruieren. Der dom- inante B0 D∗+l−νl (l = e, μ) Hintergrund wird mit Hilfe von maschinellem Lernen und anderen Methoden der multivariaten Statistik unterdrückt.Ein Datensatz von 34.6 fb−1, gleichzusetzen mit schätzungsweise 39 Millionen B± Mesonen, wird verwendet um ein B− D0l−νl (l = e, μ) Verzweigungsverhältnis von (2.173 ± 0.060(stat.) ± 0.163(sys.)) % zu messen. Das Messergebnis liegt in Übereinstimmung mit Messungen des Zerfalls bei vorhergehenden Experimenten wie Belle und BaBar und des gesammelten weltweiten Durchschnittswerts (2.35 ± 0.03 ± 0.09)%.Das Verhältnis von Verzweigungsverhältnissen des Zerfalls mittels e und μ R (e/μ) = Br(B−D0e−νe)/Br(B−D0μ−νμ) = 1.026 ± 0.055(stat.) ± 0.074(sys.) wird gemessen. Das Ergebnis liegt in Übereinstimmung mit der Erwartung für Leptonuniversalität R (e/μ) = 1. Die Arbeit bietet einen ersten Blick auf Messung des B− D0l−νl Verzweigungsverhältnisses mittels Daten des Belle II Experiments und liefert einen Grundstein für umfassendere Analysen dieser Zerfälle.

Eight years after the conclusion of the Belle experiment, the upgraded Belle II detector started operation in 2018. Belle II is a particle collider experiment located at the KEK Laboratory in Tsukuba, Japan. By colliding electrons and positrons at a center-of-mass energy of 10.58 GeV, equivalent to approximately two times the B meson rest mass, large amounts of B mesons are produced.The goal of this analysis is to measure the branching ratio of the semileptonic decays B− D0e−νe and B− D0μ−νμ, using data of the 2019 and 2020 physics runs. The decay is reconstructed by combining final state particles originating in the decay from detector data. The predominant B0 D∗+l−νl (l = e, μ) background is suppressed by employing a deep neural network and other multivariate analysis techniques.A dataset of 34.6 fb−1, corresponding to approximately 39 million B± mesons is analyzed to yield a B− D0l−νl (l = e, μ) branching fraction of (2.173 ± 0.060(stat.) ± 0.163(sys.))%. This is in agreement with measurements of pre- vious experiments such as Belle and BaBar as well as with the world average (2.35 ± 0.03 ± 0.09)%.The measured ratio of electron to muon branching ratios R (e/μ) = Br(B−D0e−νe) /Br(B−D0μ−νμ) = 1.026 ± 0.055(stat.) ± 0.074(sys.) is also in agreement with the lepton universality expectation R (e/μ) = 1.This thesis provides a first look at measuring the B− D0l−νl branching frac- tion at Belle II, laying grounds for a comprehensive study of these modes with the further goal of extracting the CKM parameter |Vcb| via this decay mode.