Measurement of $B^+\toτ^+ν_τ$ branching fraction with a hadronic tagging method at Belle II
Belle II Collaboration, I. Adachi, K. Adamczyk, H. Ahmed, Y. Ahn, H. Aihara, N. Akopov, M. Alhakami, A. Aloisio, N. Althubiti, M. Angelsmark, N. Anh Ky, D. M. Asner, H. Atmacan, V. Aushev, M. Aversano, R. Ayad, V. Babu, N. K. Baghel, S. Bahinipati, P. Bambade, Sw. Banerjee, M. Bartl, J. Baudot, A. Baur, A. Beaubien, F. Becherer, J. Becker, J. V. Bennett, F. U. Bernlochner, V. Bertacchi, E. Bertholet, M. Bessner, S. Bettarini, B. Bhuyan, F. Bianchi, A. Bobrov, D. Bodrov, A. Bondar, J. Borah, A. Boschetti, A. Bozek, M. Bračko, P. Branchini, R. A. Briere, T. E. Browder, A. Budano, S. Bussino, Q. Campagna, M. Campajola, L. Cao, G. Casarosa, C. Cecchi, M. -C. Chang, P. Cheema, K. Chilikin, K. Chirapatpimol, H. -E. Cho, K. Cho, S. -J. Cho, S. -K. Choi, S. Choudhury, J. Cochran, L. Corona, J. X. Cui, E. De La Cruz-Burelo, S. A. De La Motte, G. De Nardo, G. De Pietro, R. de Sangro, M. Destefanis, S. Dey, A. Di Canto, J. Dingfelder, Z. Doležal, T. V. Dong, M. Dorigo, K. Dugic, G. Dujany, P. Ecker, D. Epifanov, J. Eppelt, T. Ferber, T. Fillinger, C. Finck, G. Finocchiaro, A. Fodor, F. Forti, B. G. Fulsom, A. Gabrielli, L. Gärtner, A. Gale, M. Garcia-Hernandez, G. Gaudino, V. Gaur, A. Gaz, A. Gellrich, G. Ghevondyan, D. Ghosh, H. Ghumaryan, G. Giakoustidis, R. Giordano, A. Giri, P. Gironella Gironell, B. Gobbo, R. Godang, O. Gogota, P. Goldenzweig, W. Gradl, E. Graziani, D. Greenwald, Z. Gruberová, Y. Guan, K. Gudkova, I. Haide, H. Hayashii, S. Hazra, C. Hearty, I. Heredia de la Cruz, T. Higuchi, M. Hoek, M. Hohmann, R. Hoppe, P. Horak, C. -L. Hsu, A. Huang, T. Iijima, N. Ipsita, A. Ishikawa, R. Itoh, M. Iwasaki, P. Jackson, D. Jacobi, W. W. Jacobs, D. E. Jaffe, E. -J. Jang, Y. Jin, A. Johnson, K. K. Joo, H. Junkerkalefeld, J. Kandra, K. H. Kang, G. Karyan, T. Kawasaki, C. Ketter, C. Kiesling, D. Y. Kim, J. -Y. Kim, K. -H. Kim, H. Kindo, K. Kinoshita, P. Kodyš, T. Koga, S. Kohani, K. Kojima, A. Korobov, S. Korpar, E. Kovalenko, R. Kowalewski, P. Križan, P. Krokovny, T. Kuhr, D. Kumar, R. Kumar, K. Kumara, T. Kunigo, A. Kuzmin, Y. -J. Kwon, T. Lam, J. S. Lange, T. S. Lau, M. Laurenza, R. Leboucher, F. R. Le Diberder, M. J. Lee, P. Leo, L. K. Li, W. Z. Li, Y. Li, J. Libby, S. Lin, M. H. Liu, Q. Y. Liu, Z. Q. Liu, D. Liventsev, S. Longo, T. Lueck, C. Lyu, Y. Ma, C. Madaan, M. Maggiora, R. Maiti, G. Mancinelli, R. Manfredi, E. Manoni, M. Mantovano, D. Marcantonio, S. Marcello, C. Marinas, C. Martellini, A. Martens, T. Martinov, L. Massaccesi, M. Masuda, K. Matsuoka, S. K. Maurya, M. Maushart, J. A. McKenna, F. Meier, D. Meleshko, M. Merola, C. Miller, M. Mirra, K. Miyabayashi, R. Mizuk, S. Mondal, S. Moneta, H. -G. Moser, I. Nakamura, M. Nakao, H. Nakazawa, Z. Natkaniec, A. Natochii, M. Nayak, M. Neu, M. Niiyama, S. Nishida, S. Ogawa, R. Okubo, H. Ono, G. Pakhlova, S. Pardi, J. Park, K. Park, S. -H. Park, B. Paschen, S. Patra, S. Paul, T. K. Pedlar, I. Peruzzi, R. Peschke, L. E. Piilonen, T. Podobnik, S. Pokharel, C. Praz, S. Prell, E. Prencipe, M. T. Prim, S. Privalov, I. Prudiiev, H. Purwar, S. Raiz, K. Ravindran, J. U. Rehman, M. Reif, S. Reiter, M. Remnev, D. Ricalde Herrmann, I. Ripp-Baudot, G. Rizzo, S. H. Robertson, J. M. Roney, A. Rostomyan, N. Rout, D. A. Sanders, S. Sandilya, L. Santelj, V. Savinov, B. Scavino, C. Schmitt, J. Schmitz, S. Schneider, C. Schwanda, Y. Seino, K. Senyo, M. E. Sevior, C. Sfienti, W. Shan, X. D. Shi, T. Shillington, J. -G. Shiu, D. Shtol, A. Sibidanov, F. Simon, J. B. Singh, J. Skorupa, R. J. Sobie, M. Sobotzik, A. Soffer, A. Sokolov, E. Solovieva, S. Spataro, B. Spruck, M. Starič, S. Stefkova, R. Stroili, Y. Sue, M. Sumihama, M. Takizawa, F. Tenchini, A. Thaller, O. Tittel, R. Tiwary, E. Torassa, K. Trabelsi, I. Tsaklidis, I. Ueda, T. Uglov, K. Unger, K. Uno, S. Uno, P. Urquijo, Y. Ushiroda, S. E. Vahsen, R. van Tonder, K. E. Varvell, M. Veronesi, A. Vinokurova, V. S. Vismaya, V. Vobbilisetti, R. Volpe, S. Wallner, M. -Z. Wang, A. Warburton, S. Watanuki, C. Wessel, E. Won, X. P. Xu, B. D. Yabsley, S. Yamada, W. Yan, S. B. Yang, J. Yelton, J. H. Yin, K. Yoshihara, C. Z. Yuan, J. Yuan, L. Zani, F. Zeng, B. Zhang, V. Zhilich, Q. D. Zhou, L. Zhu, R. Žlebčík
TL;DR
The study measures the branching fraction of $B^+\rightarrow\tau^+\nu_\tau$ using hadronic tagging with Belle II, reconstructing the accompanying $B$ via the Full Event Interpretation and identifying the signal in the recoil across four one-prong $\tau$ decays. A simultaneous 2D maximum-likelihood fit to $E_\text{ECL}^\text{extra}$ and $M_\text{miss}^2$ is performed, with data corresponding to $\mathcal{L}=365\ \text{fb}^{-1}$ at the $\Upsilon(4S)$ resonance. The result, $\mathcal{B}(B^+\rightarrow\tau^+\nu_\tau)=(1.24\pm0.41\text{(stat)}\pm0.19\text{(syst)})\times10^{-4}$, has a significance of $3.0\sigma$ and is consistent with SM predictions and the world average, providing a competitive constraint on $|V_{ub}|$ and on charged-Higgs-type new physics. The analysis employs extensive data-driven calibrations of tagging efficiency, background shapes, and neutral-cluster multiplicities, achieving robust agreement between data and MC across multiple control samples.
Abstract
We present a measurement of the branching fraction of $B^+\toτ^+ν_τ$ decays using $(387\pm6)\times 10^6$ $Υ(4S)$ collected between 2019 and 2022 with the Belle II detector at the SuperKEKB $e^+e^-$ collider. We reconstruct the accompanying $B^-$ meson using the hadronic tagging method, while $B^+\toτ^+ν_τ$ candidates are identified in the recoil. We find evidence for $B^+\toτ^+ν_τ$ decays at 3.0 standard deviations, including systematic uncertainties. The measured branching fraction is $\mathcal{B}(B^+\toτ^+ν_τ) = [1.24 \pm 0.41 (\text{stat.}) \pm 0.19 (\text{syst.})] \times 10^{-4}$.
