Monte Carlo analiza razpada $B^+ \to D^{*-}\pi^+\pi^+\pi^0$ pri eksperimentu Belle II

Čeplak Mencin, Fedja (avtor), Šantelj, Luka (mentor)

V magistrskem delu smo v okviru eksperimenta Belle II preučevali razpad $B^+ \to D^{*-}\pi^+\pi^+\pi^0$ z uporabo Monte Carlo simulacije. Najnatančnejša meritev tega razpada sega v leto 1990 in znaša $\mathrm{Br}(B^+ \to D^{*-}\pi^+\pi^+\pi^0) = (1.8\pm0.7\pm0.5)$%, s skupno negotovostjo skoraj 50%. Z analizo simuliranih podatkov želimo postaviti temelje za novo, natančnejšo meritev. Rekonstruirali smo signalne dogodke preko razpadne verige $B^+\rightarrow (D^{*-}\rightarrow(\overline{D^0}\rightarrow K^+\pi^-)\pi^-)\pi^+\pi^+(\pi^0\rightarrow\gamma\gamma)$. Določili smo selekcijska merila, s katerimi smo zmanjšali vpliv ozadja in preko prileganja porazdelitvenih funkcij za ozadje in signal določili število rekonstruiranih dogodkov. Z uporabo 2-dimenzionalne porazdelitve učinkovitosti rekonstrukcije razpada smo določili število dejanskih razpadov v simulacijskem vzorcu in določili razvejitveno razmerje za razpad $B^+ \to D^{*-}\pi^+\pi^+\pi^0$. To je bilo konsistentno z vrednostjo, ki je bila uporabljena pri simulaciji. Selekcijske kriterije smo preverili na dveh kontrolnih kanalih, za katere smo izračunali razvejitveno razmerje tako na podatkih, dobljenih s simulacijo Monte Carlo, kot na merjenih podatkih. Rezultati so bili konsistentni.

• Jezik: Slovenski jezik
• Ključne besede: Belle II, simulacija Monte Carlo, mezoni $B$, mezoni $D^*$, pioni, razpadna veriga, razvejitveno razmerje, učinkovitost rekonstrukcije, kontrolni kanal
• Vrsta gradiva: Magistrsko delo/naloga
• Tipologija: 2.09 - Magistrsko delo
• Organizacija: FMF - Fakulteta za matematiko in fiziko
• Leto izida: 2025
• PID: 20.500.12556/RUL-174113
• COBISS.SI-ID: 251630851
• Datum objave v RUL: 27.09.2025

Sekundarni jezik

• Jezik: Angleški jezik
• Naslov: $B^+ \to D^{*-}\pi^+\pi^+\pi^0$ Monte Carlo study at Belle II

Izvleček

In this thesis, we studied the $B^+ \to D^{*-}\pi^+\pi^+\pi^0$ decay within the Belle II experiment using Monte Carlo simulation. The measurement of this decay dates back to 1990 and amounts to $\mathrm{Br}(B^+ \to D^{*-}\pi^+\pi^+\pi^0) = (1.8\pm0.7\pm0.5)$%, with a total uncertainty of nearly 50%. By analyzing simulated data, we aim to lay the groundwork for a new, more precise measurement. The signal events were reconstructed via the decay chain $B^+\rightarrow (D^{*-}\rightarrow(\overline{D^0}\rightarrow K^+\pi^-)\pi^-)\pi^+\pi^+(\pi^0\rightarrow\gamma\gamma)$. Selection criteria to reduce the amount of background were defined. By fitting distribution functions for the background and signal distributions, we have determined the number of reconstructed events. Using a 2-dimensional reconstruction efficiency distribution, we calculated the number of actual decays in the simulation sample and determined the branching ratio for the decay $B^+ \to D^{*-}\pi^+\pi^+\pi^0$. The result was consistent with the value used in the simulation. Selection criteria were tested via two control channels, for which the branching fraction was measured, both on simulated and measured data. Results were consistent.

• Ključne besede: Belle II, Monte Carlo simulation, $B$ mesons, $D^*$ mesons, pions, decay chain, branching fraction, reconstruction efficiency, control channel