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Measurement of Cabibbo-suppressed tau lepton decays and the determination of |Vus|

Schenk, Stefan

German Title: Messung Cabibbo-unterdrückter Tau-Lepton-Zerfälle und die Bestimmung von |Vus|

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Abstract

This work presents simultaneous branching fraction measurements of the decay modes tau- --> K- n pi0 nu_tau with n = 0,1,2,3 and tau- --> pi- n pi0 nu_tau with n = 3,4. The analysis is based on a data sample of 427 x 10^6 tau tau pairs recorded with the BABAR detector, which corresponds to an integrated luminosity of 464.4 fb^-1. The measured values are BR(tau --> K nu) = (6.57 +- 0.03 +- 0.11) x 10^-3, BR(tau --> K pi0 nu) = (4.61 +- 0.03 +- 0.11) x 10^-3, BR(tau --> K pi0 pi0 nu) = (5.05 +- 0.17 +- 0.44) x 10^-4, BR(tau --> K pi0 pi0 pi0 nu) = (1.31 +- 0.43 +- 0.40) x 10^-4, BR(tau --> pi pi0 pi0 pi0 nu) = (1.263 +- 0.008 +- 0.078) x 10^-2 and BR(tau --> pi pi0 pi0 pi0 pi0 nu) = (9.6 +- 0.5 +- 1.2) x 10^-4, where the uncertainties are statistical and systematic, respectively. All measurements are compatible with the current world averages whereas the uncertainties are significantly smaller by a factor of up to five. The determination of BR(tau --> pi pi0 pi0 pi0 pi0 nu) is the first measurement of this branching fraction. The measured branching fractions are combined with the current world averages. Using the new averages, an updated determination of |Vus| from hadronic tau decays yields |Vus| = 0.2146 +- 0.0025, which improves previous measurements by 19 %. Its uncertainty is comparable to the one of the current world average from semileptonic kaon decays.

Translation of abstract (German)

In der vorliegenden Arbeit werden die Verzweigungsverhältnisse der Zerfälle tau- --> K- n pi0 nu_tau mit n = 0,1,2,3 und tau- --> pi- n pi0 nu_tau mit n = 3,4 gemessen. Der verwendete Datensatz von 427 x 10^6 Tau-Tau-Paaren wurde mit dem BABAR-Detektor aufgezeichnet und entspricht einer integrierten Luminosität von 464.4 fb^-1. Die gemessenen Verzweigungsverhältnisse sind BR(tau --> K nu) = (6.57 +- 0.03 +- 0.11) x 10^-3, BR(tau --> K pi0 nu) = (4.61 +- 0.03 +- 0.11) x 10^-3, BR(tau --> K pi0 pi0 nu) = (5.05 +- 0.17 +- 0.44) x 10^-4, BR(tau --> K pi0 pi0 pi0 nu) = (1.31 +- 0.43 +- 0.40) x 10^-4, BR(tau --> pi pi0 pi0 pi0 nu) = (1.263 +- 0.008 +- 0.078) x 10^-2 und BR(tau --> pi pi0 pi0 pi0 pi0 nu) = (9.6 +- 0.5 +- 1.2) x 10^-4, wobei die ersten Unsicherheiten statistischer und die zweiten systematischer Natur sind. Alle Messungen sind mit den aktuellen Weltmittelwerten kompatibel, wobei die Unsicherheiten um bis zu einen Faktor fünf kleiner sind. Die Bestimmung von BR(tau --> pi pi0 pi0 pi0 pi0 nu) ist die erste Messung dieses Verzweigungsverhältnisses. Die gemessenen Verzweigungsverhältnisse werden mit den aktuellen Weltmittelwerten kombiniert. Eine aktualisierte Bestimmung von |Vus| aus hadronischen Tau-Zerfällen unter Verwendung der neuen Mittelwerte ergibt |Vus| = 0.2146 +- 0.0025. Dies stellt eine Verbesserung bisheriger Messungen um 19 % dar. Die Unsicherheit ist mit der des aktuellen Weltmittelwertes aus semileptonischen Kaonzerfällen vergleichbar.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Uwer, Prof. Dr. Ulrich
Date of thesis defense: 7. July 2008
Date Deposited: 14. Jul 2008 15:13
Date: 2008
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute of Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Tauon, CKM-Matrix, BABAR-Detektor, Verzweigungsverhältnis, Semileptonischer Zerfall
Uncontrolled Keywords: Vus , Cabibbo-unterdrückttau decays , Cabibbo-suppressed , branching fraction , BABAR experiment , Vus
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