Measurement of lepton mass squared moments in B→Xcℓν¯ℓ decays with the Belle II experiment

Abudinén, F.; Adamczyk, K.; Aggarwal, L.; Ahmed, H.; Aihara, H.; Akopov, N.; Aloisio, A.; Anh Ky, N.; Asner, D.  M.; Atmacan, H.; Aushev, T.; Aushev, V.; Babu, V.; Bacher, S.; Bae, H.; Baehr, S.; Bahinipati, S.; Bambade, P.; Banerjee, Sw.; Barrett, M.; Baudot, J.; Bauer, M.; Baur, A.; Becker, J.; Behera, P.  K.; Bennett, J.  V.; Bernlochner, F.  U.; Bertemes, M.; Bertholet, E.; Bessner, M.; Bettarini, S.; Bhuyan, B.; Bianchi, F.; Bilka, T.; Biswas, D.; Bobrov, A.; Bodrov, D.; Bolz, A.; Borah, J.; Bozek, A.; Bračko, M.; Branchini, P.; Briere, R.  A.; Browder, T.  E.; Budano, A.; Bussino, S.; Campajola, M.; Cao, L.; Casarosa, G.; Cecchi, C.; Červenkov, D.; Chang, M. -C.; Chang, P.; Cheaib, R.; Cheema, P.; Chekelian, V.; Chen, C.; Chen, Y. -T.; Cheon, B.  G.; Chilikin, K.; Chirapatpimol, K.; Cho, H. -E.; Cho, K.; Cho, S. -J.; Choi, S. -K.; Choudhury, S.; Cinabro, D.; Corona, L.; Cremaldi, L.  M.; Cunliffe, S.; Czank, T.; Dattola, F.; De La Cruz-Burelo, E.; de Marino, G.; De Nardo, G.; De Nuccio, M.; De Pietro, G.; de Sangro, R.; Destefanis, M.; Dey, S.; De Yta-Hernandez, A.; Dhamija, R.; Di Canto, A.; Di Capua, F.; Dingfelder, J.; Doležal, Z.; Domínguez Jiménez, I.; Dong, T.  V.; Dorigo, M.; Dort, K.; Dossett, D.; Dreyer, S.; Dubey, S.; Duell, S.; Dujany, G.; Ecker, P.; Eliachevitch, M.; Epifanov, D.; Feichtinger, P.; Ferber, T.; Ferlewicz, D.; Fillinger, T.; Finck, C.; Finocchiaro, G.; Fiore, S.; Flood, K.; Fodor, A.; Forti, F.; Fulsom, B.  G.; Gabrielli, A.; Ganiev, E.; Garcia-Hernandez, M.; Garg, R.; Gaur, V.; Gaz, A.; Gellrich, A.; Giordano, R.; Giri, A.; Glazov, A.; Gobbo, B.; Godang, R.; Goldenzweig, P.; Grace, P.; Gradl, W.; Graziani, E.; Greenwald, D.; Gu, T.; Gudkova, K.; Guilliams, J.; Hadjivasiliou, C.; Halder, S.; Hara, T.; Hartbrich, O.; Hayasaka, K.; Hayashii, H.; Hazra, S.; Hearty, C.; Hedges, M.  T.; Heredia de la Cruz, I.; Hernández Villanueva, M.; Hershenhorn, A.; Higuchi, T.; Hill, E.  C.; Hohmann, M.; Hsu, C. -L.; Iijima, T.; Inami, K.; Inguglia, G.; Ishikawa, A.; Ito, S.; Itoh, R.; Iwasaki, M.; Jackson, P.; Jacobs, W.  W.; Jaffe, D.  E.; Jang, E. -J.; Q.  P., Ji; Jia, S.; Jin, Y.; Junkerkalefeld, H.; Kakuno, H.; Kaleta, M.; Kaliyar, A.  B.; Kandra, J.; Kang, K.  H.; Karl, R.; Karyan, G.; Kawasaki, T.; Ketter, C.; Kichimi, H.; Kiesling, C.; Kim, C. -H.; Kim, D.  Y.; Kim, K. -H.; Kim, Y. -K.; Kodyš, P.; Koga, T.; Kohani, S.; Kojima, K.; Konno, T.; Korobov, A.; Korpar, S.; Kovalenko, E.; Kowalewski, R.; Kraetzschmar, T.  M.  G.; Križan, P.; Krokovny, P.; Kuhr, T.; Kumar, J.; Kumar, M.; Kumar, R.; Kumara, K.; Kunigo, T.; Kurz, S.; Kuzmin, A.; Kwon, Y. -J.; Lacaprara, S.; Lai, Y. -T.; La Licata, C.; Lalwani, K.; Lam, T.; Lanceri, L.; Lange, J.  S.; Lautenbach, K.; Leboucher, R.; Le Diberder, F.  R.; Lee, S.  C.; Leitl, P.; Levit, D.; Lewis, P.  M.; Li, C.; L.  K., Li; S.  X., Li; Y.  B., Li; Libby, J.; Lieret, K.; Liptak, Z.; Liu, Q.  Y.; Liventsev, D.; Longo, S.; Lozar, A.; Lueck, T.; Lyu, C.; Maggiora, M.; Maiti, R.; Maity, S.; Manfredi, R.; Manoni, E.; Marinas, C.; Martel, L.; Martini, A.; Massaccesi, L.; Masuda, M.; Matsuoka, K.; Matvienko, D.; Mckenna, J.  A.; Meier, F.; Merola, M.; Metzner, F.; Milesi, M.; Miller, C.; Miyabayashi, K.; Mizuk, R.; Mohanty, G.  B.; Molina-Gonzalez, N.; Moneta, S.; Moon, H.; Moser, H. -G.; Mrvar, M.; Mueller, F.; Murphy, C.; Nakamura, I.; Nakamura, K.  R.; Nakao, M.; Nakayama, H.; Naruki, M.; Natochii, A.; Nayak, L.; Nayak, M.; Nazaryan, G.; Niebuhr, C.; Nisar, N.  K.; Nishida, S.; Nishimura, K.; Ogawa, K.; Ogawa, S.; Onishchuk, Y.; Ono, H.; Oskin, P.; Ozaki, H.; Pakhlov, P.; Pakhlova, G.; Paladino, A.; Pang, T.; Panta, A.; Pardi, S.; Parham, K.; Park, H.; Park, S. -H.; Passeri, A.; Pathak, A.; Patra, S.; Paul, S.; Pedlar, T.  K.; Peschke, R.; Pestotnik, R.; Pham, F.; Piilonen, L.  E.; Pinna Angioni, G.; Podesta-Lerma, P.  L.  M.; Podobnik, T.; Pokharel, S.; Polat, L.; Popov, V.; Praz, C.; Prell, S.; Prencipe, E.; Prim, M.  T.; Purwar, H.; Rados, P.; Raiz, S.; Reiter, S.; Remnev, M.; Ripp-Baudot, I.; Rizzo, G.; Rizzuto, L.  B.; Robertson, S.  H.; Rodríguez Pérez, D.; Roney, J.  M.; Rostomyan, A.; Rout, N.; Rozanska, M.; Russo, G.; Sahoo, D.; Sanders, D.  A.; Sandilya, S.; Sangal, A.; Santelj, L.; Sato, Y.; Savinov, V.; Scavino, B.; Schueler, J.; Schwanda, C.; Schwartz, A.  J.; Seino, Y.; Selce, A.; Senyo, K.; Serrano, J.; Sevior, M.  E.; Sfienti, C.; Shebalin, V.; Shillington, T.; Shiu, J. -G.; Shwartz, B.; Sibidanov, A.; Simon, F.; Singh, J.  B.; Skorupa, J.; Sobie, R.  J.; Soffer, A.; Sokolov, A.; Solovieva, E.; Spataro, S.; Spruck, B.; Starič, M.; Stefkova, S.; Stottler, Z.  S.; Stroili, R.; Sumihama, M.; Sumisawa, K.; Sutcliffe, W.; Suzuki, S.  Y.; Svidras, H.; Tabata, M.; Takahashi, M.; Takizawa, M.; Tamponi, U.; Tanaka, S.; Tanida, K.; Tanigawa, H.; Taniguchi, N.; Tenchini, F.; Tiwary, R.; Tonelli, D.; Torassa, E.; Toutounji, N.; Trabelsi, K.; Uchida, M.; Ueda, I.; Uehara, S.; Uglov, T.; Unger, K.; Unno, Y.; Uno, K.; Uno, S.; Ushiroda, Y.; Vahsen, S.  E.; van Tonder, R.; Varner, G.  S.; Varvell, K.  E.; Vinokurova, A.; Vitale, L.; Vobbilisetti, V.; Vossen, A.; Waheed, E.; Wakeling, H.  M.; Wang, E.; Wang, M. -Z.; Wang, X.  L.; Warburton, A.; Watanabe, M.; Watanuki, S.; Welsch, M.; Wessel, C.; Windel, H.; Won, E.; X.  P., Xu; Yabsley, B.  D.; Yamada, S.; Yan, W.; Yang, S.  B.; Ye, H.; Yin, J.  H.; Yook, Y.  M.; Yoshihara, K.; Yuan, C.  Z.; Yusa, Y.; Zani, L.; Zhai, Y.; Zhang, Y.; Zhilich, V.; Zhou, Q.  D.; Zhou, X.  Y.; Zhukova, V.  I.; Žlebčík, R.

doi:10.1103/PhysRevD.107.072002

We present measurements of the first to fourth moments of the lepton mass squared q2 of B→Xcℓ¯νℓ decays for ℓ=e, μ and with Xc a hadronic system containing a charm quark. These results use a sample of electron-positron collisions at the Υ(4S) resonance corresponding to 62.8 fb−1 of integrated luminosity and collected by the Belle II 2 experiment in 2019 and 2020. To identify the Xc system and reconstruct q2, one of the B mesons from an Υ(4S)→B¯B decay is fully reconstructed in a hadronic decay mode using a multivariate B tagging algorithm. We report raw and central moments for q2>1.5 GeV2/c4 up to q2>8.5 GeV2/c4, probing up to 77% of the accessible B→Xcℓ¯νℓ phase space. This is the first measurement of moments in the experimentally challenging range of [1.5,2.5] GeV2/c4. The results can be used for a new determination of |Vcb| using inclusive B→Xcℓ¯νℓ decays.