[論文レビュー] B Physics at the Tevatron: Run II and Beyond

K. Anikeev, David Atwood+89 more|arXiv (Cornell University)|Jan 10, 2002

Superconducting Materials and Applications被引用数 31

ひとこと要約

この論文は、フェルミラブのテバトロン衝突加速器でRun II期に行われたB物理学研究の包括的レビューを提示しており、CP対称性の破れ、稀減衰および半レプトン的減衰、B中間子の混合、B中間子の生成およびスペクトル学的特性について、理論的予測と実験的展望を統合している。標準模型の検証およびヒッグス粒子以外の新物理の探査を目的としたハドロン衝突加速器実験の詳細なロードマップを提供しており、e⁺e⁻ Bファクトリーとの補完的測定の重要性を強調している。

ABSTRACT

This report provides a comprehensive overview of the prospects for B physics at the Tevatron. The work was carried out during a series of workshops starting in September 1999. There were four working groups: 1) CP Violation, 2) Rare and Semileptonic Decays, 3) Mixing and Lifetimes, 4) Production, Fragmentation and Spectroscopy. The report also includes introductory chapters on theoretical and experimental tools emphasizing aspects of B physics specific to hadron colliders, as well as overviews of the CDF, D0, and BTeV detectors, and a Summary.

研究の動機と目的

• テバトロンのRun II期におけるB物理学の理論的および実験的可能性を評価すること。
• CDF、DØ、BTeV実験がCP対称性の破れおよび稀減衰をどれだけ高い感度で測定できるかを評価すること。
• ハドロン衝突加速器におけるB中間子の生成、フラグメンテーション、スペクトル学的特性を統合的に理解するためのフレームワークを提供すること。
• 標準模型を超える物理現象を明らかにする可能性のある重要な測定を同定すること。
• B物理学コミュニティの新規研究者および共同研究者を対象にした参考資料としての役割を果たすこと。

提案手法

• CP対称性の破れ、稀／半レプトン的減衰、混合／寿命、生成／フラグメンテーション／スペクトル学的特性の4つの作業グループを設けた。
• CDF、DØ、BTeVの実験的戦略に基づき、理論的計算と検出器シミュレーションを統合した。
• 衰減振幅およびフラグメンテーション関数の計算に、有効場理論、因子化定理、QCDに基づく計算手法を用いた。
• B中間子の減衰および生成メカニズムのモデル化に、摂動的QCDおよび重いクォーク有効理論（HQET）を適用した。
• 過去のテバトロンデータの結果と、予想されるRun II期の積分光度およびトリガ性能を統合した。
• 理論、実験的課題、検出器の記述、作業グループの成果を含む構造化されたレポートにまとめた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ハドロン衝突加速器におけるB中間子の減衰において、支配的な理論的不確実性は何か？
• RQ2 テバトロンでB減衰におけるCP対称性の破れをどの程度高い精度で測定できるか？
• RQ3 Run II期においてB → K*μ⁺μ⁻やB → μ⁺μ⁻のような稀減衰を観測する見込みはどのようになるか？
• RQ4 Bハイドロンのフラグメンテーションおよび生成メカニズムは、信号の再構築とバックグラウンド抑制にどのように影響するか？
• RQ5 B減衰における charmonium および bottomonium 状態の主要なスペクトル的特徴は何か？

主な発見

• テバトロンではRun II期に約2 fb⁻¹の積分光度が予想され、高精度なB物理学測定が可能になるとされた。
• B → K*μ⁺μ⁻およびB → μ⁺μ⁻減衰の理論的予測は、特にプエアの振幅および木レベルの振幅において、新物理の寄与に対して感受性が高かった。
• B → ππ、B → ρρ、B → K*π減衰における理論的不確実性は10–20％の範囲にあり、QCD因子化およびソフトコリネント有効理論を用いた制御の進展が著しかった。
• BTeV実験は、トリガ性能およびバーテックス検出能力の向上により、B → πKおよびB → ρπ減衰におけるCP非対称性の測定を顕著に改善すると予想された。
• 重いクォーク有効理論（HQET）および非相対論的QCD（NRQCD）は、B中間子の生成および減衰スペクトルを信頼性高く記述できることが示された。
• このレポートは、B_s → μ⁺μ⁻やB → K*μ⁺μ⁻といった主要な過程が、ループ誘導振幅における新物理寄与に対して極めて感受性が高いため、新物理探索の主なターゲットであると同定した。