[論文レビュー] LHCb status and early physics prospects

M. Pepe Altarelli|CNR SOLAR (Scientific Open-access Literature Archive and Repository) (University of Southampton)|Jul 6, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 3被引用数 4

ひとこと要約

LHCbは、LHCにおける高いbクォーク生成と高精度なバーテックス検出を活用して、レアなBおよびBs崩壊およびCP対称性の破れを研究することを目的としたフォワードスペクトロメータである。わずか0.3 fb⁻¹の統合 luminosityでも、Tevatronの制限を上回り、90%信頼水準で4.7×10⁻⁸未満のBs → μ⁺μ⁻崩壊分岐比を除外できる。

ABSTRACT

LHCb is a dedicated detector for b and c physics at the LHC. I will present a concise review of the detector design and expected performance together with some first results on the commissioning of the different sub-systems based on cosmic data and particle beams delivered by the LHC during the summer of 2008. The experiment is ready to exploit first data expected from the LHC. An integrated luminosity of ~0.3fb-1, which should be collected during the first year of physics running, will already allow LHCb to perform a number of very significant mesurements with the potential of revealing New Physics effects, such as the measurement of the B_s mixing phase phi_{\Jpsiϕ}, or the search for the decay B_s->mumu beyond the limit set by CDF and D0.

研究の動機と目的

• LHCにおける高精度な測定を用いて、レアなBおよびBs崩壊における新しい物理効果を調査すること。
• 新しい物理寄与に非常に敏感な、CP対称性の破れの観測量、たとえばBs混合位相φJ/ψφの感度を向上させること。
• 極めてレアな崩壊であるBs → μ⁺μ⁻の探索を行い、特定の新しい物理モデル（たとえば大規模なtanβを有するMSSM）では分岐比が強く増幅される。
• 高速なBs振動を解像できる、40 fs未満の正確な固有時間分解能を達成し、CP対称性の破れ位相の高精度な測定を可能にすること。
• LHCの直接的新しい物理探索を補完するために、専用のフォワード検出器を用いた、フレーバーに敏感な高精度測定を実施すること。

提案手法

• 高密度環境下で生成されるbおよびBsハドロンの崩壊生成物を効率的に検出できるように、1.9 < η < 4.9をカバーするフォワードスペクトロメータを用いる。
• 低pTレプトンおよびハドロン的崩壊に基づくトリガ戦略を採用し、高積み重ね状態でもレア崩壊の効率的選別を可能にする。
• 高精度なバーテックス再構築により、約40 fsの固有時間分解能を達成し、高速なBs振動の解像に不可欠な性能を実現する。
• モンテカルロシミュレーションへの依存を最小限に抑えるために、制御チャネルおよびデータ駆動型バックグラウンド抑制技術を用いる。
• 組み合わせ的ミューオンバックグラウンドを抑制するため、高度なバーテックスおよび質量分解能技術を適用し、Bs → μ⁺μ⁻探索の精度を向上させる。
• ビーム注入時に部品を保護できるように可動式のシリコンセンサーを備えた検出器設計を採用し、高光度条件下での安定運用を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 0.3 fb⁻¹のデータで、LHCbはTevatronの期待される限界を上回り、Bs混合位相φJ/ψφの実験的感度を向上させることができるか？
• RQ2 統合光度が0.2 fb⁻¹および3 fb⁻¹の場合に、レア崩壊Bs → μ⁺μ⁻の90%信頼水準での予想除外限界は何か？
• RQ3 B崩壊の改良測定により、CKM角度γの不確実性はどの程度低減できるか？
• RQ4 高積み重ね状態下でも、LHCbのトリガシステムは、レアで完全にハドロン的崩壊を効率的に選別できるか？
• RQ5 LHCb検出器は、約40 fsの時間分解能を有することで、高速なBsメソン振動を解像し、高精度なCP対称性破れ測定を可能にするか？

主な発見

• 0.3 fb⁻¹の統合光度で、LHCbはTevatronの期待される限界を上回り、Bs混合位相φJ/ψφの統計的不確実性を現在の実験的限界未満にまで低下させられる。
• LHCb検出器は、約40 fsの固有時間分解能を有することで、Bsメソンの振動を解像でき、高精度なCP対称性破れ測定を可能にする。
• 0.2 fb⁻¹のデータで、レア崩壊Bs → μ⁺μ⁻の分岐比が90%信頼水準で4.7×10⁻⁸未満であることを除外できる。これはTevatronの限界を上回る。
• 標準模型の分岐比(3.35±0.32)×10⁻⁹を仮定すると、3 fb⁻¹の統合光度でBs → μ⁺μ⁻崩壊の3σ観測が期待される。
• 検出器のバーテックスおよび質量分解能能力により、組み合わせ的ミューオンバックグラウンドが効果的に抑制され、高感度なレア崩壊探索が可能になる。
• 約10 fb⁻¹のデータサンプルで、CKM角度γの精度が5倍向上し、プンゲン支配の崩壊における新しい物理の感度が顕著に向上する。