[論文レビュー] CLEO-c and CESR-c: Allowing Quark Flavor Physics to Reach its Full Potential

I. P. J. Shipsey|ArXiv.org|Jul 28, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 6

ひとこと要約

CLEO-cは、CESRのストレージリングとCLEO検出器をcharmおよびQCD工場に転用し、charmの崩壊定数および分支比を1–2%の精度で測定することを提案する。これにより、格子QCD計算の重要検証が可能となり、CKM行列要素の精度が著しく向上し、ハドロン的不確実性が低減される。その結果、クォークフラバー物理学および標準模型を超える新しい物理学の深層的洞察が得られる。

ABSTRACT

We report on the physics potential of a proposed conversion of the CESR machine and the CLEO detector to a charm and QCD factory: ``CLEO-c and CESR-c'' that will make crucial contributions to quark flavor physics this decade, and may offer our best hope for mastering non-perturbative QCD, which is essential if we are to understand strongly coupled sectors in the new physics that lies beyond the Standard Model.

研究の動機と目的

• 格子QCDの検証に高精度なcharmデータを提供することで、クォークフラバー物理学におけるハドロン的不確実性を低減すること。
• 絶対分支比測定を通じて、モデルに依存しない$V_{cd}$および$V_{cs}$の直接的決定を可能にすること。
• CLEO-cのデータを格子QCDとBファクトリーの結果と組み合わせることで、$V_{cb}$、$V_{ub}$、$V_{td}$、$V_{ts}$の精度を向上させること。
• $\psi(3770)$共鳴状態で、レア崩壊、CP対称性の破れ、charm混合を通じて新しい物理学を探索すること。
• 高統計的charm重子およびハドロンスペクトロスコピーを用いて、非摂動的QCDの研究を前進させること。

提案手法

• 3.5–5.0 GeVのcharm閾値でCESRを運転し、クリアで高インテンシティの$D\bar{D}$および$J/\psi$イベントを生成すること。
• 二重タグ付きイベントを用いて、バックグラウンドを最小限に抑え、高い効率で絶対分支比を測定すること。
• ニュートリノ再構成と量子コherー二ョーを応用し、$D$混合およびCP対称性の破れに対する感度を向上させること。
• わずかなアップグレードを施したCLEO-III検出器を活用し、高精度なトラッキングおよび粒子識別性能を達成すること。
• 3–5 GeVで$R$比スキャンを実施し、初期状態放射（ISR）を用いて1–3 GeVでの$R$を測定すること。
• 実験的結果と格子QCD計算を比較することで、1–2%の精度で理論的予測のキャリブレーションと検証を行うこと。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CLEO-cは、格子QCDの検証に十分な1–2%の精度で、charmの崩壊定数$f_D$および$f_{D_s}$を測定できるか？
• RQ2 絶対分支比の直接測定によって、CLEO-cは$V_{cd}$および$V_{cs}$の不確実性をどの程度低減できるか？
• RQ3 CLEO-cのデータをBファクトリーおよびTevatronのデータと組み合わせた場合、$V_{cb}$、$V_{ub}$、$V_{td}$、$V_{ts}$の精度はどの程度向上するか？
• RQ4 高統計的$J/\psi$および$\psi(3770)$崩壊を用いて、CLEO-cはグルーオンやExotic状態を発見できるか？
• RQ5 charm混合、CP対称性の破れ、およびレア崩壊を通じて、CLEO-cは新しい物理学に対してどの程度の感度を持つか？

主な発見

• CLEO-cは$f_D$を2.3%の精度で、$f_{D_s}$を1.7%の精度で測定し、格子QCDの検証に必要な1–2%の精度を達成する。
• Br(D^0 \to K\pi)などの絶対分支比は0.7%の精度で測定され、現在のPDG値と比べて3–4倍の改善が見込まれる。
• 直接的な$V_{cs}$の決定精度は1.6%に達し、$V_{cd}$は1.7%に達する。これはCKMユニタリティテストの大幅な改善を意味する。
• 格子QCDがCLEO-cによって検証された後、$V_{cb}$、$V_{ub}$、$V_{td}$、$V_{ts}$の精度は3–5%に向上する。
• CLEO-cは3–5 GeVで$R$比を2%の精度で測定し、BES-IIの精度を3倍以上上回る。
• この計画により、CKM行列の第二行のユニタリティは3%の精度でテスト可能となり、$cu$三角形比のテストは1.3%の精度で実現される。