[論文レビュー] Latest Results from NA48 and NA48/1

M. Slater|arXiv (Cornell University)|Jun 23, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、CERNのSPSで高強度の$K_S$ビームを用いて、$K_S \rightarrow \pi^0 e^+e^-$および$K_S \rightarrow \pi^0 \mu^+\mu^-$の稀な崩壊の初観測を報告している。それぞれ7件および6件の観測事象を得て、分岐比は$5.8^{+2.9}_{-2.4} \times 10^{-9}$および$2.9^{+1.5}_{-1.2} \times 10^{-9}$と測定された。これらの結果は、$K_L$崩壊における間接的CP対称性破れを制約する上で重要であり、CKMパラメータ$\eta$のより良い決定を可能にする。これらの結果は、標準模型の検証およびそれ以上の新物理の探査に不可欠である。

ABSTRACT

The first observations of the rare decays KS->pi0e+e- and KS->pi0mu+mu- have been made by the NA48/1 collaboration at the CERN SPS accelerator. From high intensity KS data collected during the 2002 run, clean signals of 7 KS->pi0e+e- events and 6 KS->pi0mu+mu- events were observed, giving branching ratio measurements of BR(KS->pi0e+e-) = 5.8 +2.9 -2.4 x 10^-9 and BR(KS->pi0mu+mu-) = 2.9 +1.5 -1.2 x 10^-9. These results constrain the indirect CP violating component of the corresponding KL decays. Other recent results from NA48 are also presented.

研究の動機と目的

• 稀な$K_S \to \pi^0 l^+l^-$崩壊の分岐比を測定し、間接的CP対称性破れに敏感であることを目的とする。
• $K_L \to \pi^0 l^+l^-$崩壊における直接的および間接的CP対称性破れ寄与の分離に不可欠な入力を提供することを目的とする。
• $K_S$崩壊における間接的CP対称性破れを通じて、CKMパラメータ$\eta$の標準模型予測を検証することを目的とする。
• 高強度の$K_S$ビームと高度なバックグラウンド抑制技術を用いて、稀な中間子崩壊測定の精度を向上させることを目的とする。

提案手法

• バイアスを避けるために、バックグラウンド推定およびカット最適化の段階で信号領域および制御領域をマスクしたブラインド解析戦略を採用した。
• 信号選別には、$E/p > 0.95$を満たす2本の反対電荷のトラック、良好な頂点、およびトラックと関連しない2つのカリメータクラスタが必要であった。
• バックグラウンド抑制には、$\pi^0 \to e^+e^-$ダリーツ崩壊および光子変換を除去するため、$m_{ee} > 0.165\,\text{GeV}/c^2$を用いた。
• 重複する崩壊に起因する誤検出バックグラウンドは、時間差カット（$|\Delta t| < 3\,\text{ns}$）とタイムオフサイドのサイドバンドを用いて抑制し、推定した。
• 物理的バックグラウンド（$K_L \to ee\gamma\gamma$およびハイパーロン崩壊など）のモデル化にモンテカルロシミュレーションを用いた。
• 誤検出ピオンの抑制には、ニューラルネットワークおよび幾何的シャワー-トラックマッチング手法を用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 稀な崩壊$K_S \to \pi^0 e^+e^-$の分岐比は何か？ そして、$K_L$崩壊における間接的CP対称性破れをどのように制約するか？
• RQ2 $K_S \to \pi^0 \mu^+\mu^-$の分岐比は何か？ そして、直接的CP対称性破れ振幅との干渉を通じて、CKMパラメータ$\eta$の決定にどのように寄与するか？
• RQ3 測定された$K_S \to \pi^0 l^+l^-$崩壊の分岐比は、標準模型の理論的予測とどのように一致するか？
• RQ4 放射修正が$K^0 \to \pi^\pm e^\mp \nu \gamma$の分岐比に与える影響は何か？ そして、モデルに依存しない手法が精度をどのように向上させるか？

主な発見

• $K_S \to \pi^0 e^+e^-$の初観測が、7件の観測事象を得て、分岐比$BR(K_S \to \pi^0 e^+e^-) = 5.8^{+2.9}_{-2.4} \times 10^{-9}$を測定した。
• $K_S \to \pi^0 \mu^+\mu^-$の初観測が、6件の観測事象を得て、分岐比$BR(K_S \to \pi^0 \mu^+\mu^-) = 2.9^{+1.5}_{-1.2} \times 10^{-9}$を測定した。
• $K_S \to \pi^0 e^+e^-$の分岐比測定は、$K_L \to \pi^0 e^+e^-$崩壊における間接的CP対称性破れ成分を制約する。
• $K_S \to \pi^0 \mu^+\mu^-$の分岐比測定は、直接的CP対称性破れ振幅との干渉を通じて、CKMパラメータ$\eta$の決定に重要な入力を提供する。
• $K^0 \to \pi^\pm e^\mp \nu \gamma$における放射修正のモデルに依存しない手法により、分岐比$(0.964 \pm 0.008^{+0.012}_{-0.011})\%$が得られ、最近の理論的予測と良好に一致した。
• $K_L \to \pi^0 \pi^\pm e^\mp \nu$の高精度測定により、$BR = (5.21 \pm 0.07_{\text{stat}} \pm 0.09_{\text{syst}}) \times 10^{-5}$が得られ、$L_3 = (-4.1 \pm 0.2) \times 10^{-3}$が得られた。これは、チャーミカルペルトurbation理論と整合的であった。