[論文レビュー] A search for decay $\eta' ightarrow 4 \pi^{0}$ with GAMS-$4\pi$ Setup

S.V. Donskov, V. N. Kolosov+4 more|arXiv (Cornell University)|Jun 19, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 17被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、IHEP U-70加速器におけるGAMS-4π検出器装置を用いて、希少な電磁的崩壊 $η' \to 4\pi^0$ を探索した。32.5 GeV/cの $\pi^-p$ 電荷交換反応により生成された $1.3 \times 10^6$ 個の $\eta'$ メソンを分析することで、この希少崩壊モードの90%信頼水準における新たな上限が $BR(\eta' \to 4\pi^0) < 3.2 \times 10^{-4}$ と設定され、これまでの制約が改善された。

ABSTRACT

A search for rare decay $\eta' ightarrow 4 \pi^{0}$ has been performed with GAMS-4$\pi$ Setup. The new upper limit for decay was established $BR(\eta' ightarrow 4 \pi^{0}) < 3.2 \cdot 10^{-4}$ at 90\% confidence level. The $\pi^{-} p$ charge-exchange reaction at 32.5 GeV/c was used as a source of $1.3\cdot 10^{6}$ $ \eta'$ mesons. Experiment carried out at the IHEP U-70 accelerator.

研究の動機と目的

• QCDによって予測されるが、非常に小さな分岐比を示す希少崩壊 $\eta' \to 4\pi^0$ を探索すること。
• これまでの測定値を上回る、$\eta' \to 4\pi^0$ 崩壊の分岐比に対する実験的上限を改善すること。
• 32.5 GeV/cの $\pi^-p$ 電荷交換反応により得られる高統計的 $\eta'$ サンプルを活用し、希少崩壊モードを調査すること。

提案手法

• $\pi^-p$ 電荷交換反応（32.5 GeV/c）を用いて、GAMS-4$\pi$ 検出器装置で $1.3 \times 10^6$ 個の $\eta'$ メソンを生成した。
• 全カバー率の高いハドロン最終状態を対象に最適化されたGAMS-4$\pi$ 検出器を用い、$\eta'$ メソンの崩壊生成物を再構築した。
• 反応事象の選別とバックグラウンド抑制には、運動学的およびトポロジカルな基準を適用し、潜在的な $\eta' \to 4\pi^0$ 崩壊候補を分離した。
• 90%信頼水準におけるベイズ的上限計算を用いて、分岐比を制約した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 希少崩壊 $\eta' \to 4\pi^0$ の分岐比に対する上限は何か？
• RQ2 32.5 GeV/cの $\pi^-p$ 電荷交換反応は、この希少崩壊を調べるのに十分な $\eta'$ 統計を提供できるか？
• RQ3 測定された上限は、$\eta' \to 4\pi^0$ の理論的予測とどのように一致するか？

主な発見

• 本実験では、$\eta' \to 4\pi^0$ 崩壊の分岐比に対する新たな上限が、90%信頼水準で $BR(\eta' \to 4\pi^0) < 3.2 \times 10^{-4}$ と設定された。
• この解析は、32.5 GeV/cの $\pi^-p$ 電荷交換反応により生成された $1.3 \times 10^6$ 個の $\eta'$ メソンに基づいた。
• $\eta' \to 4\pi^0$ 崩壊に対して顕著な信号は観測されず、これはノンシグナル結果と整合的であり、新たな上限を支持するものである。
• この結果により、これまでのこの希少崩壊モードの実験的上限が改善され、理論的モデルに対するきびしい制約が得られた。