Kurzfassung
Es werden zwei Analysen im Zusammenhang mit der inklusiven Bestimmung der Größe des Cabbibo-Kobayashi-Maskawa-Matrixelement $|V_{ub}|$ vorgestellt.
Die erste Analyse stellt die erste Messung des Verhältnisses der partiellen Verzweigungsverhältnisse des inklusiven semileptonischen $B$-Zerfalls ohne ($/overline{B} /to X_u /ell /overline{/nu}$) und mit ($/overline{B} /to X_c /ell /overline{/nu}$) charm Quark vor, wobei $/ell$ ein Elektron oder Myon und $X$ ein hadronisches System repräsentiert. Die Messung wird am /belle-Experiment durchgeführt und verwendet den vollständigen Datensatz von $711fb^{-1}$, der auf der $/Upsilon(4S)$-Resonanz gesammelt wurde. Wir messen:
% In der ersten Analyse wird das Verhältniss der partiellen Verzweigungsverhältnisse des inklusiven semileptonischen $B$-Zerfall mit und ohne charm Quark gemessen. Die $/BXulnu$-Ausbeute wird mit Hilfe einer datengesteuerten Beschreibung des $/BXclnu$-Zerfalls extrahiert, um eine mögliche Verzerrung aufgrund einer Fehlmodellierung dieses Komponent, der nur teilweise verstanden ist und $/BXulnu$ dominiert, zu minimieren. In der Phasenraumregion der Leptonenenergien, $/lepp$, oberhalb von $1/gev$, messen wir:
$$/frac{/Delta /mathcal{B}(/overline{B} /to X_u /ell /overline{/nu})}{/Delta /mathcal{B}(/overline{B} /to X_c /ell /overline{/nu})} = (1.99 /pm 0.17_{/rm stat} /pm 0.16_{/rm syst}) /times 10^{-2},$$
im Phasenraum der Leptonenergien im Inertialsystem des $B$-mesons, $/lepp$, oberhalb von $1/gev$, wobei die Unsicherheiten statistisch und systematisch sind. Aus dem Verhältnis der partiellen Verzweigungsverhältnisse extrahieren wir $|/Vub|/|/Vcb|$, und finden:
% wobei die Unsicherheiten statistisch und systematisch sind. Aus dem Verhältnis der partiellen Verzweigungsanteil extrahieren wir $|/Vub|/|/Vcb|$ und finden
$$/frac{|V_{ub}|}{|V_{cb}|}^{/rm BLNP} = (9.81 /pm 0.42_{/rm stat} /pm 0.38_{/rm syst} /pm 0.51_{ /Delta/Gamma(/overline{B} /to X_u /ell /overline{/nu})} /pm 0.20_{ /Delta/Gamma(/overline{B} /to X_c /ell /overline{/nu})}) /times 10^{-2},$$
% &/frac{|/Vub|}{|/Vcb|}^{/rm GGOU} &= (10.1 /pm 0.43_{/rm stat} /pm 0.39_{/rm syst} /pm 0.23_{ /Delta/Gamma(/BXulnu)} /pm 0.20_{ /Delta/Gamma(/BXclnu)}) /times 10^{-2}, /nonumber //
% &/frac{|/Vub|}{|/Vcb|}^{/rm DGE} &= (10.1 /pm 0.43_{/rm stat} /pm 0.40_{/rm syst} /pm 0.31_{ /Delta/Gamma(/BXulnu)} /pm 0.20_{ /Delta/Gamma(/BXclnu)}) /times 10^{-2}, /nonumber //
% &/frac{|/Vub|}{|/Vcb|}^{/rm ADFR} &= (9.81 /pm 0.42_{/rm stat} /pm 0.38_{/rm syst} /pm 0.41_{ /Delta/Gamma(/BXulnu)} /pm 0.20_{ /Delta/Gamma(/BXclnu)}) /times 10^{-2}, /nonumber
wobei die dritte und vierte Unsicherheit aus den partiellen Zerfallsraten von $/overline{B} /to X_u /ell /overline{/nu}$ bzw. $/overline{B} /to X_c /ell /overline{/nu}$ stammen. Dieser Wert stimmt ausgezeichnet mit den weltweiten Durchschnittswerten von $|/Vub|/|/Vcb|$ überein, sowohl für inklusive als auch exklusive Messungen. Wir berichten zusätzlich über diese Messung, aufgeschlüsselt nach $B$-Ladung, um eine Grenze für Isospin-Verletzung in $/overline{B} /to X_u /ell /overline{/nu}$-Zerfällen zu bestimmen. Des weiteren schlüsseln wir nach Leptonen-Flavour auf, wobei wir keinen Hinweis auf eine Universalitätsverletzung des Leptonen-Flavours finden, weder im $/overline{B} /to X_u /ell /overline{/nu}$ noch $/overline{B} /to X_c /ell /overline{/nu}$ Zerfall. Darüber hinaus berichten wir über das differentielle Verhältnis der Verzweigungsverhältnisse beim Impuls-Transfer im Quadrat zum Lepton-Neutrino-System, $q^2$, und $E_{/ell}^{B_{/rm sig}}$.
Die zweite vorgestellte Analyse ist eine Suche nach dem schlecht verstandenen schwachen Annihilationsbeitrag zur inklusiven $/overline{B} /to X_u /ell /overline{/nu}$-Zerfallsrate, der eine Ursache systematischer Unsicherheit bei inklusiven $|V_{ub}|$-Bestimmungen ist. Die Analyse wird mit dem /belletwo/-Datensatz ($364fb^{-1}$) durchgeführt, der vor 2023 auf der $/Upsilon(4S)$-Resonanz gesammelt wurde. Da nur wenig über die Form des schwachen Annihilationsbeitrags bekannt ist, suchen wir nach einer Struktur bei hohem $q^2$, wo dieser voraussichtlich lokalisiert ist, unter Verwendung eines breiten Spektrums von Hypothesenmodellen. Die Analyse muss noch einer internen Überprüfung unterzogen werden; daher untersuchen wir die Sensitivität der Analyse an simulierten Signalproben. Abhängig von der Form und Größe des simulierten schwachen Annihilationsbeitrags erwarten wir $90/%$ obere Ausschlussgrenzen zwischen $1{,}5$--$6{,}8/%$ für den schwachen Annihilationsbeitrag zu neutralen $B$-Zerfällen und zwischen $1{,}4$--$9{,}1/%$ für geladene $B$-Zerfälle, die konkurenzfähig mit existierenden Ausschlussgrenzen sind. Dies wird die erste direkte Suche nach dem schwachen Annihilationsbeitrag sein, die separat die Größe des Beitrags zu den geladenen und neutralen $B$-Systemen einschränkt.
% Dies wird die erste direkte Suche nach schwachen Annihilierungsbeitragen, separiert in geladene und neutrale B-Systeme, sein.
Zusätzlich zu den Analysen präsentieren wir Verbesserungen bei der Identifizierung von Leptonen bei /belletwo, indem wir Kalorimeterinformationen mit maschinellem Lernen ausnutzen. Es wird gezeigt, dass die Häufigkeit der Fehlidentifikation von Pionen als Elektronen oder Myonen bei niedrigem Impuls um Faktoren von bis zu $10$ bzw. $1{,}6$ reduziert wird.
Two analyses related to the inclusive determination of the magnitude of the Cabbibo-Kobayashi-Maskawa matrix element $|V_{ub}|$ are presented. The first analysis presents the first measurement of the ratio of partial branching fractions of the inclusive charmless, $/overline{B} /to X_u /ell /overline{/nu}$, to the inclusive charmed, $/overline{B} /to X_c /ell /overline{/nu}$, semileptonic $B$ decay, where $/ell$ represents an electron or muon, and $X$ a hadronic system. The measurement is performed at the Belle experiment, using the full dataset collected at the $/Upsilon(4S)$ resonance, corresponding to $711fb^{-1}$. We measure: $$/frac{/Delta /mathcal{B}(/overline{B} /to X_u /ell /overline{/nu})}{/Delta /mathcal{B}(/overline{B} /to X_c /ell /overline{/nu})} = (1.99 /pm 0.17_{/rm stat} /pm 0.16_{/rm syst}) /times 10^{-2},$$ in the phase space region of lepton energies in the $B$-frame, $E_{/ell}^{B_{/rm sig}}$, above $1 {/rm GeV}$, where the uncertainties are statistical and systematic, respectively. From the partial branching fraction ratio we extract $|V_{ub}|/|V{cb}|$, finding $$/frac{|V_{ub}|}{|V_{cb}|}^{/rm BLNP} = (9.81 /pm 0.42_{/rm stat} /pm 0.38_{/rm syst} /pm 0.51_{ /Delta/Gamma(/overline{B} /to X_u /ell /overline{/nu})} /pm 0.20_{ /Delta/Gamma(/overline{B} /to X_c /ell /overline{/nu})}) /times 10^{-2},$$ where the third and fourth uncertainties are from the partial decay rates of $/overline{B} /to X_c /ell /overline{/nu}$ and $/overline{B} /to X_c /ell /overline{/nu}$, respectively. This value is in excellent agreement with inclusive and exclusive world averages of $|V_{ub}|/|V_{cb}|$. We additionally report this measurement broken down by $B$ charge, determining a limit on isospin breaking in $/overline{B} /to X_u /ell /overline{/nu}$ decays, as well as by lepton flavour, finding no evidence for lepton flavour universality violation in either the charmed or charmless inclusive semileptonic $B$ decay. Furthermore, we report the differential ratio of partial branching fractions in momentum transfer squared to the lepton-neutrino system, $q^2$, and $E_{/ell}^{B_{/rm sig}}$. The second analysis presented is a search for the poorly understood weak annihilation contribution to the inclusive $/overline{B} /to X_u /ell /overline{/nu}$ decay rate, which is a source of systematic uncertainty to inclusive $|V_{ub}|$ determinations. The analysis is performed with the Belle II data sample ($364fb^{-1}$) collected at the $/Upsilon(4S)$ resonance before 2023. As little is known about the shape of the weak annihilation contribution, we search for structure at high $q^2$, where it is expected to be localised, using a broad range of hypothesised models. The analysis must still undergo internal review; we therefore investigate the sensitivity of the analysis to simulated signal samples. Depending on the shape and magnitude of the simulated weak annihilation sample we expect to place $90/%$ upper limits between $1.5$--$6.8/%$ for the weak annihilation contribution to neutral $B$ decays, and between $1.4$--$9.1/%$ for charged $B$ decays, competitive with existing estimates of the upper limit for the admixture. This will be the first direct search for the weak annihilation contribution to separately constrain the magnitude of the contribution to the charged and neutral $B$ systems. In addition to the physics analyses, we present improvements to the identification of leptons at Belle II by exploiting calorimeter information through machine learning. Reductions in pion-to-electron and pion-to-muon misidentification rates at low momentum of up to factors $10$ and $1.6$, respectively, are demonstrated.