[論文レビュー] Muon internal bremsstrahlung: a conventional explanation for the excess electron-neutrino events in MiniBoone

A. Bodek|ArXiv.org|Sep 25, 2007

Neutrino Physics Research被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、ミューオンが電荷現在型ニュートリノ反応において高エネルギー光子を放出する放射的ミューオン事象—これがミニブーンとLSND実験で観測された電子ニュートリノに類似したイベントの未解明な過剰を説明できると提案している。放出された光子は検出器内で電子に類似した電磁遮へいを再現し、そのイベント率（442 MeVで0.33%）は観測された0.03%の過剰と一致しており、新たな物理を必要としない標準的説明を提供する。

ABSTRACT

We show that the rate of charged-current muon-neutrino events with a hard internal bremsstrahlung photon is consistent with the excess electron-neutrino candidate events reported by the MiniBoone and LSND (decay in flight) experiments. Hard photons radiated by the muon leg in charged-current neutrino interactions (neutrino-Nucleon->muon+gamma+nucleon) are a significant source of background that should be considered by current and future muon-neutrino to electron-neutrino neutrino oscillations appearance experiments (e.g. LSND, MiniBoone, SuperK, MINOS, T2K and NOVA).

研究の動機と目的

• 新物理を導入することなく、ミニブーンおよびLSND実験におけるνₑに類似したイベントの未解明な過剰を説明すること。
• νμ → νₑ振動探索における背景源としての放射的ミューオン事象（νμN → μγN）の寄与を定量化すること。
• ミューオンのブレムストラールングから生じる高エネルギー光子が、ミニブーンのようなチェレンコフ検出器で電子に類似した信号を再現できることを示すこと。
• このような放射的事象の発生率が、ミニブーンで観測された0.03%の過剰と整合することを示すこと。
• 今後の高精度ニュートリノ振動実験において放射的補正を組み込む必要性を強調すること。

提案手法

• 電荷現在型νμ核子散乱におけるブレムストラールング断面積を、対数の主要項近似で扱う。
• ボーンレベル過程に対する放射的補正を組み込んだ、νμN → μγN の二重微分断面積を計算する。
• 次の式を適用する： d²σ/dxdy = d²σ₀/dxdy + (α/2π)ln[2MEν(1−y+xy)²/mμ²] × ∫₀¹ dz(1+z²)/(1−z) [yΘ(z−zm)/(z(y+z−1)) d²σ₀/dxdy(tilde{x},tilde{y}) − d²σ₀/dxdy(x,y)]
• ミニブーンのエネルギー再構築式を用いて再構築されたニュートリノエネルギー Eν^rec をモデル化し、チェレンコフ閾値を超える光子エネルギーとミューオンエネルギーを考慮する。
• ニュートリノエネルギーおよびミューオンの運動学的条件下で、高エネルギー光子（例：Eγ > 207 MeV）を放射する確率を推定する。
• 計算された放射的事象率を、ミニブーンで観測された150イベントの過剰（νμ CC事象の0.03%）と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 放射的ミューオン事象（νμN → μγN）は、ミニブーンで観測された過剰なνₑに類似したイベントを説明できるか？
• RQ2 ミニブーンのエネルギー領域における電荷現在型νμ相互作用で、ミューオンから高エネルギー光子を放射する割合はどの程度か？
• RQ3 ミューオンのブレムストラールングから生じる高エネルギー光子は、チェレンコフ検出器でどの程度電子に類似した信号を再現するか？
• RQ4 見えないまたは部分的にしか見えないミューオンの検出不能性が、背景推定にどの程度影響を与えるか？
• RQ5 放射的補正は、ニュートリノ散乱実験で抽出される軸ベクトル質量 MA にどのような影響を与えるか？

主な発見

• 442 MeVのニュートリノエネルギーで、ミューオンがエネルギーの50%以上（207 MeV以上）の光子を放射する確率は0.33%であり、ミニブーンで観測された0.03%の過剰と一致する。
• 226 MeVのエネルギーでは、放射的事象率は0.66%に達し、LSNDに関連する低エネルギー領域における顕著な背景源であることが示された。
• ミューオンのブレムストラールングから生じる高エネルギー光子は、特にミューオンがチェレンコフ閾値未満の場合、ミニブーンのチェレンコフ検出器で電子信号と区別がつかない電磁遮へいを生成する。
• 部分的に可視であっても、ミューオン信号は通常、電磁遮へいの内部に埋もれ、検出が困難である。
• 5%のエネルギー分解能を想定した場合、放射的補正δは顕著であり、2 GeVのニュートリノエネルギーで抽出されるMAは約0.002 GeV/c²増加する。
• 計算された放射的背景率は観測された過剰と整合しており、ステアーリングニュートリノや新物理を必要としない標準的説明を提供する。