[論文レビュー] Improved Determination of the Hadronic Contribution to the Muon (g-2) and to alpha(M_Z**2) Using new Data from Hadronic Tau Decays

R. Alemany, M. Davier+1 more|ArXiv.org|Mar 3, 1997

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 31

ひとこと要約

この論文は、新しいALEPH τ崩壊データと更新された e⁺e⁻散乱断面積データを組み合わせることで、ミュオンの異常磁気モーメントのハドロン的真空極化寄与 $a_\mu^{\text{had}}$ および微細構造定数 $\alpha(M_Z^2)$ の運行の決定を改善している。τデータの組み込みにより、$a_\mu^{\text{had}}$ の不確実性は37%低減され、$a_\mu^{\text{had}} = (701.1 \pm 9.4) \times 10^{-10}$ および $\Delta\alpha_{\text{had}}^{(5)}(M_Z^2) = (281.7 \pm 6.2) \times 10^{-4}$ が得られ、対応する $\alpha^{-1}(M_Z^2) = 128.878 \pm 0.085$ となる。向上した精度は、グローバルな電弱適合におけるヒッグスボソン質量の制約を強化する。

ABSTRACT

We have reevaluated the hadronic contribution to the anomalous magnetic moment of the muon (g-2) and to the running of the QED fine structure constant alpha(s) at s=M_Z**2. We incorporated new data from hadronic tau decays, recently published by the ALEPH Collaboration. In addition, compared to previous analyses, we use more extensive e+e- annihilation data sets. The integration over the total hadronic cross section is performed using experimental data up to 40 GeV and results from perturbative QCD above 40 GeV. The improvement from tau data concerns mainly the pion form factor, where the uncertainty in the corresponding integral could be reduced by more than a factor of two. We obtain for the lowest order hadronic vacuum polarization graph a_mu(had) = (695.0 +/- 15.0) x 10^{-10} and delta(alpha(M_Z**2))(had) = (280.9 +/- 6.3) x 10^{-4} using e+e- data only. The corresponding results for combined e+e- and tau data are a_mu(had) = (701.1 +/- 9.4) x 10^{-10} and delta(alpha(M_Z**2))(had) = (281.7 +/- 6.2) x 10^{-4}, where the latter is calculated using the contribution from the five lightest quarks.

研究の動機と目的

• 新しい実験的データを用いて、ミュオン $(g-2)$ のハドロン的真空極化寄与の精度を向上させること。
• 統合された e⁺e⁻ および τ 崩壊データを用いて、$s = M_Z^2$ におけるQED微細構造定数 $\alpha(s)$ の運行を精緻化すること。
• 高精度のτ崩壊スペクトル関数、特にパイオン形式因子の組み込みにより、$a_\mu^{\text{had}}$ の不確実性を低減すること。
• 特にヒッグスボソン質量の制約に向けた、グローバル電弱適合のより正確な入力となること。

提案手法

• 40 GeV までの一連の新しい ALEPH τ 崩壊データと、更新された e⁺e⁻ 散乱断面積測定値を統合する。
• 40 GeV までの実験的データと、40 GeV 以上の摂動的QCDを用いて、全ハドロン断面積の積分を実行する。
• 断面積測定値間の完全な系統的誤差相関を考慮した、統計的に明確な平均化手順を適用する。
• 特にτ崩壊における測定されていない最終状態を考慮するため、アイソスピン制約を適用する。
• 光学定理とユニタリティを用いて、e⁺e⁻ 断面積とτスペクトル関数をハドロン的真空極化関数に関連付ける。
• e⁺e⁻ および τ データを同時にフィットし、5つの軽いクォークの寄与を明示的に取り扱う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 新しいτ崩壊データの組み込みが、$a_\mu^{\text{had}}$ のハドロン的真空極化寄与の精度にどのように寄与するか？
• RQ2 τ崩壊が、$a_\mu^{\text{had}}$ の主な誤差源であったパイオン形式因子の積分における不確実性をどの程度低減するか？
• RQ3 統合された e⁺e⁻ および τ データセットが、$\alpha(M_Z^2)$ の決定およびヒッグスボソン質量の制約に与える影響はいかほどか？
• RQ4 向上した $a_\mu^{\text{had}}$ がグローバル電弱適合および推定されるヒッグスボソン質量に与える定量的影響は何か？

主な発見

• τ崩壊データの組み込みにより、$a_\mu^{\text{had}}$ の不確実性が37%低減され、$a_\mu^{\text{had}} = (701.1 \pm 9.4) \times 10^{-10}$ が得られた。
• 統合された e⁺e⁻ および τ データを用いて、$\Delta\alpha_{\text{had}}^{(5)}(M_Z^2)$ のハドロン的寄与は $(281.7 \pm 6.2) \times 10^{-4}$ と決定された。
• $M_Z^2$ における逆微細構造定数は $\alpha^{-1}(M_Z^2) = 128.878 \pm 0.085$ と求められ、LEPデータと整合的であり、ヒッグスボソン質量の制約が向上した。
• 向上した $a_\mu^{\text{had}}$ により、ヒッグスボソン質量の制約は $138^{+137}_{-76}$ GeV（理論的不確実性50 GeV）にまで精緻化され、以前の $\alpha(M_Z^2)$ 値を用いた $149^{+148}_{-82}$ GeV よりも明確になった。
• τデータは、かつて $a_\mu^{\text{had}}$ の主な誤差源であったパイオン形式因子の積分の誤差を顕著に低減した。
• 結果は、τの分支比およびパイオンβ崩壊のテストを通じて確認されたCVC仮説と整合しており、顕著なCVC破れは観測されなかった。