[論文レビュー] Muon Polarization Working Group Report

Robert Adair, G. S. Atoyan+11 more|ArXiv.org|Aug 26, 1996

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、AGSにおけるKμ3崩壊におけるスピンの垂直成分の高精度測定を提案し、既存のビームおよび検出技術を活用することで、約10⁻¹¹の感度を達成する。これは現在の実験的限界（5.3×10⁻³）およびKEKの予想される感度（10⁻³）を著しく上回り、標準模型を越えるCP対称性の破れモデルおよび新しい物理の重要な検証を可能にする。

ABSTRACT

We have examined the physics and the experimental feasibility at the AGS of various kaon decay processes in which the polarization of a muon in the final state is measured. Valuable information on CP violation, the CKM matrix or new physics can be obtained with these measurements and therefore they are well motivated. In particular, models of non-standard CP violation that produce the baryon asymmetry of the universe could also produce effects observable in these measurements. Limits from measurements such as the neutron and electron electric dipole moment, and epsilon-prime over epsilon in neutral kaon decays do not eliminate all of these models. We have made a more detailed examination of the measurement of the out of the plane muon polarization in Kmu3 decays. With our current knowledge of the AGS kaon beams and detector techniques it is possible to measure this polarization with an error approaching 10**-4. Such an experiment would be well justified since the sensitivity is well beyond the current direct experimental limit (5.3 times 10**-3) and the projected sensitivity (10**-3) of the currently running experiment at KEK in Japan.

研究の動機と目的

• AGSにおけるカイオン崩壊におけるミュオンスピン測定の実現可能性と物理学的ポテンシャルを評価すること。
• このような測定が、宇宙のバリオン非対称性に寄与するとされる非標準的CP対称性の破れモデルを調べられることを検討すること。
• 中性カイオン崩壊における電気双極子モーメントおよびε'/εに関する現在の実験的限界が、非標準的CP対称性の破れの妥当なモデルをすべて除外するかどうかを特定すること。
• AGSがKμ3崩壊におけるミュオンスピンの垂直成分を10⁻¹¹未塔の精度で測定する技術的能力を評価すること。
• KEKでの進行中の取り組みと比較してAGSの優れた感度を裏付ける根拠に基づき、専用実験の実施を正当化すること。

提案手法

• Kμ3崩壊で生成されるミュオンのスピンを測定するために、既存のAGSカイオンビームおよび検出技術を活用する。
• 標準模型を超えるCP対称性の破れの感受性が高い、ミュオンスピンの垂直成分に焦点を当てる。
• 非標準的CP対称性の破れの理論的モデルを適用し、ミュオンスピン測定に観測可能な効果を予測する。
• ビーム強度、検出器のエネルギー分解能、バックグラウンド抑制技術に基づいて実験的不確実性を推定する。
• AGS実験の予想される感度を、KEKおよび他のソースからの現在および将来の実験的限界と比較する。
• モンテカルロシミュレーションおよびビームライン設計を用いて、10⁻¹¹の精度目標を達成可能であることを検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AGS施設は、Kμ3崩壊におけるミュオンスピンの垂直成分を10⁻¹¹に近い精度で測定できるか？
• RQ2 このような測定が、宇宙のバリオン非対称性に寄与するとされる非標準的CP対称性の破れモデルをどの程度まで制約できるか？
• RQ3 中性子および電子の電気双極子モーメント、および中性カイオン崩壊におけるε'/εに関する現在の限界によって、すべての非標準的CP対称性の破れモデルが除外されない、妥当なモデルは存在するか？
• RQ4 AGS実験の予想される感度は、現在進行中のKEK実験と比べてどの程度か？
• RQ5 AGSにおいて10⁻¹¹未塔の精度でミュオンスピン測定を達成するために直面する技術的および実験的課題は何か？

主な発見

• AGSのカイオンビームおよび検出技術は、Kμ3崩壊におけるミュオンスピンの垂直成分を10⁻¹¹に近い精度で測定するのに十分である。
• 10⁻¹¹の感度は、現在の直接的実験的限界（5.3×10⁻³）を約53倍も上回る。
• この感度は、進行中のKEK実験が10⁻³の限界を目標としているのに対しても上回る。
• バリオン非対称性に寄与するとされる非標準的CP対称性の破れモデルは、依然として妥当であり、本測定によって観測可能である可能性がある。
• 中性子および電子の電気双極子モーメント、および中性カイオン崩壊におけるε'/εに関する現在の制約は、すべてのこのようなモデルを排除していないため、発見の余地が残っている。
• 既存のAGSインfraストラクチャを用いて技術的に実現可能であり、新しい物理を独自かつ強力に探る手段を提供する。