[論文レビュー] New Measurements Using External Photon Conversion at a High Luminosity B Factory

H. Ishino, M. Hazumi+2 more|ArXiv.org|Mar 27, 2007

Nuclear Physics and Applications被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、高出力ビーベータ工場における外部光子変換を用いて、標準模型の2つの新しい検証を提案する：(1) 50 ab⁻¹のデータを用いて、B⁰→π⁰π⁰崩壊における混合誘発CP対称性破れパラメータ 𝒮_{π⁰π⁰} を 0.23 の精度で測定し、CKM角 φ₂ の離散的曖昧性を低減すること；(2) 500 ab⁻¹のデータで、B⁰→K*⁰γ崩壊における光子の偏光を測定し、標準模型を超える仮説的な右巻き型カレントの寄与を制限すること。

ABSTRACT

We propose two novel methods for testing the standard model using external photon conversion at a high-luminosity e^+e^- B factory proposed recently. The first method is to measure the mixing-induced CP-violation parameter S_{pi^0pi^0} in B^0 --> pi^0 pi^0 decays. The precision of S_{pi^0pi^0} is estimated to be 0.23 from a Monte Carlo study for a data sample containing 50 x 10^9 BBbar pairs. We demonstrate that this measurement is crucial for reducing the discrete ambiguity of the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa angle phi_2 determined from the isospin analysis with B --> pi pi decays. The second method is to measure photon polarization in B^0 --> K^{*0}(--> K^+ pi^-) gamma decays using the external photon conversion, and combine it with S_{K^{*}gamma} from B^0 --> K^{*0}(--> K^0_S pi^0) gamma decays. This offers a promising way of determining the hypothetical right-handed current amplitude and phase beyond the standard model.

研究の動機と目的

• B⁰→π⁰π⁰崩壊における混合誘発CP対称性破れパラメータ 𝒮_{π⁰π⁰} の測定により、CKM角 φ₂ の離散的曚昧性を低減すること。
• 外部光子変換を用いたB⁰→K*⁰γ崩壊における光子偏光の測定により、標準模型を超える新しい物理を探索すること。
• 光子変換による頂点再構築とエネルギー分解能の向上を活用し、CP対称性破れおよび偏光測定の精度を向上させること。
• 50 ab⁻¹および500 ab⁻¹のデータサンプルを用いて、仮説的な右巻き型カレントの振幅と位相に対するこれらの測定の感度を評価すること。

提案手法

• 検出器内での外部光子変換（PC）を用い、B崩壊から発する光子をe⁺e⁻ペアに変換することで、頂点再構築とエネルギー分解能の向上を実現する。
• ベール検出器のGeant4モンテカルロシミュレーションを用い、ビームパイプおよびSVDの相互作用を含めた光子変換および再構築効率をモデル化する。
• 時間依存の崩壊率解析を適用し、B⁰→π⁰π⁰とフラーバータグ付き崩壊の間の崩壊時間差Δtから 𝒮_{π⁰π⁰} を抽出する。Δz ≈ cβγΔt を用いる。
• 変換からのe⁺e⁻ペアの方位角角φを用いて光子偏光を測定し、分解能23°、再構築効率35%を達成する。
• 偏光測定結果と混合誘発CP非対称性 𝒮_{K*γ} を組み合わせ、仮説的な右巻き型カレント振幅Rと位相φ₋を制限する。
• 仮想実験を用いた頻度主義的統計的手法を用い、50 ab⁻¹および500 ab⁻¹のデータサンプルにおけるRおよびφ₋の測定精度と信頼領域を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高出力ビーベータ工場における外部光子変換は、頂点再構築が困難なため測定が阻害されるB⁰→π⁰π⁰崩壊における 𝒮_{π⁰π⁰} 測定を可能にするか？
• RQ2 𝑆_{π⁰π⁰} の測定は、B→ππ崩壊のアイソスピン解析から得られるφ₂の解の8重の曚昧性をどの程度低減するか？
• RQ3 B⁰→K*⁰γ崩壊における外部変換を用いた光子偏光測定と 𝒮_{K*γ} を組み合わせることで、標準模型を超える仮説的な右巻き型カレントの振幅と位相を制限できるか？
• RQ4 特に50 ab⁻¹および500 ab⁻¹のデータにおいて、積分光度に伴い 𝒮_{π⁰π⁰} および偏光パラメータの測定精度がどのように変化するか？

主な発見

• 50 ab⁻¹のデータサンプルに対して、𝑆_{π⁰π⁰} の測定精度は0.23と推定され、CKM角φ₂の離散的曚昧性の顕著な低減が可能となる。
• 𝑆_{π⁰π⁰} の測定により、アイソスピン解析によるφ₂解の8重の曠明性が2重の曠明性に低減され、重要な一貫性チェックが可能となる。
• 50 ab⁻¹のデータに対して、B⁰→K*⁰γ崩壊における光子偏光測定は、φ分解能23°、再構築効率35%を達成し、予想されるイベント数は7,200件である。
• 500 ab⁻¹のデータでは、統計的精度の向上により、右巻き型カレント振幅Rおよび位相φ₋を制限する上で、偏光測定が 𝒮_{K*γ} よりも重要となる。
• 500 ab⁻¹のデータサンプルでは、フィットパラメータxおよびyのσₓが0.16に達し、期待されるスケーリング0.52/√10と整合的であるため、高い感度が得られる。
• R–φ_R平面における信頼領域は、高出力条件下で偏光測定が新しい物理パラメータを制限する上で主導的になると示しており、特に左右対称モデルにおいて顕著である。