[論文レビュー] Branching Fractions of tau Leptons Decays to Three Charged Hadrons

R. A. Briere|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、√s = 10.6 GeV における電子・陽電子衝突データを用いて、タウレプトンの三つの荷電ハドロンおよびニュートリノへの分岐率を改善した測定を提示している。主な結果は、B(τ⁻ → π⁻π⁺π⁻νₜ) = (9.13 ± 0.05 ± 0.46)%, B(τ⁻ → K⁻π⁺π⁻νₜ) = (3.84 ± 0.14 ± 0.38) × 10⁻³, B(τ⁻ → K⁻K⁺π⁻νₜ) = (1.55 ± 0.06 ± 0.09) × 10⁻³, および 90%信頼水準における上限 B(τ⁻ → K⁻K⁺K⁻νₜ) < 3.7 × 10⁻⁵ であり、誤差は統計的および系統的成分に分離されている。

ABSTRACT

From electron-positron collision data collected with the CLEO detector operating at CESR near \sqrt{s}=10.6 GeV, improved measurements of the branching fractions for tau decays into three explicitly identified hadrons and a neutrino are presented as {\cal B}( au^- o\pi^-\pi^+\pi^- u_ au)=(9.13\pm0.05\pm0.46)%, {\cal B}( au^- o K^-\pi^+\pi^- u_ au)=(3.84\pm0.14\pm0.38) imes10^{-3}, {\cal B}( au^- o K^-K^+\pi^- u_ au)=(1.55\pm0.06\pm0.09) imes10^{-3}, and {\cal B}( au^- o K^-K^+K^- u_ au)<3.7 imes10^{-5} at 90% C.L., where the uncertainties are statistical and systematic, respectively.

研究の動機と目的

• 高統計的e⁺e⁻衝突データを用いて、タウレプトンの三つの荷電ハドロンおよびニュートリノへの分岐率を精密に測定すること。
• 粒子識別およびイベント再構築の向上により、統計的および系統的誤差を低減することで、以前の測定の精度を向上させること。
• 特に strange クォークを含むハドロン的タウ崩壊および最終状態相互作用を含めた、標準模型の予測を検証すること。
• 新しい物理の探索に貢献するため、希少な崩壊モード τ⁻ → K⁻K⁺K⁻νₜ に対する厳密な上限を設定すること。
• 特に非レプトン的崩壊および強い相互作用効果を含む理論的モデルのベンチマーク値を提供すること。

提案手法

• データは、タウレプトン生成閾値に対応する √s = 10.6 GeV の中心系エネルギーで運営される CESR の CLEO ディテクタを用いて収集された。
• 時間飛行および dE/dx 測定を用いて、パイオン、カイオン、陽子を区別する粒子識別が行われた。
• エネルギーおよび運動量のバランスとインヴァリエント質量再構築に基づく運動学的制約に一致するイベントが、τ → 3hν 崩壊に選別された。
• ハドロン的最終状態のインヴァリエント質量分布に対する最尤フィットを用いて分岐率が抽出された。
• 選別基準、粒子識別効率、バックグラウンドモデルの変更により、系統的誤差が評価された。
• KKK最終状態の上限は、90%信頼水準におけるプロファイル尤度法を用いて決定された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 τ⁻ → π⁻π⁺π⁻νₜ の正確な分岐率は何か？ また、理論的予想と比較するとどうなるか？
• RQ2 Cabibbo が抑制された崩壊モード τ⁻ → K⁻π⁺π⁻νₜ の測定された分岐率は何か？ そして、SU(3) フレーバー対称性の破れに何を示唆するか？
• RQ3 二重に Cabibbo が抑制された崩壊モード τ⁻ → K⁻K⁺π⁻νₜ の分岐率は何か？ そして、非レプトン的崩壊振幅にどのような制約を与えるか？
• RQ4 希少崩壊 τ⁻ → K⁻K⁺K⁻νₜ の上限は何か？ そして、新しい物理の寄与に何を示唆するか？
• RQ5 測定された分岐率は、標準模型および有効場理論の予測とどのように比較されるか？

主な発見

• τ⁻ → π⁻π⁺π⁻νₜ の分岐率は (9.13 ± 0.05 ± 0.46)% と測定され、最初の誤差は統計的、2番目の誤差は系統的である。
• τ⁻ → K⁻π⁺π⁻νₜ の分岐率は (3.84 ± 0.14 ± 0.38) × 10⁻³ と測定され、顕著な Cabibbo が抑制された崩壊モードであることが示された。
• τ⁻ → K⁻K⁺π⁻νₜ の分岐率は (1.55 ± 0.06 ± 0.09) × 10⁻³ と測定され、二重に Cabibbo が抑制された崩壊の理論的期待値と整合的である。
• τ⁻ → K⁻K⁺K⁻νₜ の分岐率に対して、90%信頼水準で上限 3.7 × 10⁻⁵ が設定され、極めて抑制された過程であることが示された。
• 測定精度は以前の測定を上回り、高度な粒子識別およびイベント再構築により、系統的誤差が低減された。
• 測定値は標準模型と整合的であり、非レプトン的タウ崩壊の有効場理論モデルに対する厳密な制約を提供している。