[論文レビュー] A study of the $K^+ o \pi^0 e^+ u \gamma$ decay

E. Cortina, E. Minucci+227 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 21被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、CERN SPSのNA62実験が2017–2018年にかけて収集した1.3×10⁵個の信号イベントを用いて、K+ →π⁰e⁺νγの放射性崩壊の高精度測定を提示している。分岐比比R₁、R₂、R₃は相対不確かさ1%未満で測定され、以前の結果を2倍以上改善した。また、T-奇対称性の顕著な非対称性は観測されず、10⁻³の精度でAξ ≈ 0である標準模型予測と整合的である。

ABSTRACT

A sample of $1.3 imes 10^5$ $K^+ o π^0 e^+ νγ$ candidates with less than 1% background was collected by the NA62 experiment at the CERN SPS in 2017-2018. Branching fraction measurements are obtained at percent relative precision in three restricted kinematic regions, improving on existing results by a factor larger than two. An asymmetry, possibly related to T-violation, is investigated with no evidence observed within the achieved precision.

研究の動機と目的

• チャイral摂動理論（ChPT）の検証を目的として、3つの運動量領域における分岐比比Rj = B(K+ →π⁰e⁺νγ | Ejγ, θjₑγ)/B(K+ →π⁰e⁺ν(γ))の高精度測定を行うこと。
• 標準模型を超えるT破れ物理学を探索するため、K+ →π⁰e⁺νγ崩壊におけるT-奇対称性の非対称性を探索すること。
• T非対称性観測量ξ = (pγ · (pe × pπ)) / (MKc)³の測定における系統的不確かさを、改善された検出器キャリブレーションとシミュレーションを用いて低減すること。
• ChPTのO(p⁶)における理論的精度に一致する、1%未満の相対精度での分岐比測定を達成すること。

提案手法

• NA62実験は、CERN SPSの400 GeV/cの陽子ビームを標的に照射し、1.3×10⁵個のK+ →π⁰e⁺νγ候補を<1%のバックグラウンドで収集した。
• 運動量領域は、最小光子エネルギー（Eγ > 10, 30 MeV）および角度カット（θeγ > 10°, 20°）またはcosθeγ > 0.6により定義され、それぞれR₁、R₂、R₃に対応する。
• T非対称性Aξは、観測量ξ = (pγ · (pe × pπ)) / (MKc)³を用いて測定され、データとモンテカルロシミュレーションを組み合わせて検出器効果を補正した。
• 検出器由来の非対称性（AMCξ）は、シミュレーテッドイベントから導出され、最終的な非対称性はANA62ξ = ADataξ − AMCξとして得られた。
• 系統的不確かさは、限られたMC統計、LKr応答モデルの取り扱い、光子遮断効率、理論的モデル依存性から評価された。
• 解析には、117 mの真空タンク内に117 mの有効体積を有する60 mのフィドゥーシャルボリュームが使用され、粒子同定および再構成にはトラッキング、チェレンコフ検出器、電磁エネルギー計が用いられた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 3つの運動量領域における正確な分岐比比Rj = B(K+ →π⁰e⁺νγ | Ejγ, θjₑγ)/B(K+ →π⁰e⁺ν(γ))は何か？ また、O(p⁶)におけるChPT予測とどのように比較されるか？
• RQ2 K+ →π⁰e⁺νγ崩壊にT-奇非対称性の証拠はあるか？ これは、標準模型を超える新しい物理学の兆候である。
• RQ3 検出器効果および再構成バイアスは、T非対称性観測量ξの測定にどのように影響を与えるか？
• RQ4 系統的不確かさは、この崩壊におけるT破れ効果の感度にどの程度制限を及えるか？

主な発見

• 相対不確かさ1%未満で分岐比比が測定された：R₁ = (1.715 ± 0.011) × 10⁻²、R₂ = (0.609 ± 0.006) × 10⁻²、R₃ = (0.533 ± 0.004) × 10⁻²。
• これらの測定精度は、以前の結果を2倍以上上回り、ChPTのO(p⁶)における理論的不確かさと一致した。
• 統計的に有意なT非対称性は観測されなかった：S1ではANA62ξ = (−1.2 ± 2.8stat ± 1.9syst) × 10⁻³、S2では(−3.4 ± 4.3stat ± 3.0syst) × 10⁻³、S3では(−9.1 ± 5.1stat ± 3.5syst) × 10⁻³。
• 測定された非対称性はゼロと整合的であり、Aξ ≈ 0である標準模型予測とも一致しており、理論的期待値よりも不確かさが大きい。
• 限られたMC統計による系統的不確かさが、非対称性測定の総不確かさの最大1.9%を占めた。
• 最終的な非対称性値は、OKA実験の結果と整合的であるが、より高い精度で、符号表記も修正済みである。