[論文レビュー] Report of Snowmass 2001 Working Group E2 : Electron-positron Colliders from the $\phi$ to the Z

Zhen-guo Zhao|arXiv (Cornell University)|Jan 30, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 9

ひとこと要約

2001年のスノーマス報告書は、φからZボソンエネルギーダイナミクスの電子-陽電子衝突機を評価し、Bおよび charm 物理、希少なカイオン崩壊、精密な電弱測定の物理的ポ텐シャルを検討している。この報告書は、PEP-II、KEKB、CESRといった既存施設のアップグレードを提言するとともに、TESLAを用いた専用Zファクトリーの設立を提唱し、ハドロン衝突機と比較してCP対称性の破れや希少崩壊に対する感受性が優れていることを強調している。

ABSTRACT

Abstract Not Provided

研究の動機と目的

• φからZボソンエネルギーダイナミクスの範囲で稼働する既存および計画中のe+e−衝突機の物理的到達可能性を評価すること。
• ハドロン衝突機および固定標的に基づく実験と比較して、e+e−衝突機が希少崩壊およびCP対称性の破れに与える感受性を比較すること。
• 高出力Bおよびcharm物理を目的とした、既存施設（例：CLEO-c、superKEK、SuperBABAR）のアップグレードの実現可能性と利点を評価すること。
• TESLA線形衝突機に関連する専用Zファクトリーの提言を、精密なB物理および新しい物理の探索を目的として行うこと。
• 理論的制約と物理的感受性に基づいて、将来のe+e−衝突機の最適な実験プログラムを特定すること。

提案手法

• DAφNE、PEP-N、CESR-c/CLEO-c、KEKB/Belle、PEP-II/BABAR、TESLAベースのZファクトリーを含む、進行中および計画中のe+e−衝突機の比較的分析を実施する。
• 光度およびエネルギー範囲のデータを用いて、R(s)測定、希少カイオン崩壊、B中間子崩壊といった主要なプロセスの物理的到達可能性を推定する。
• DAφNEのKLOEおよびCESR-cのCLEO-cにおける検出器性能とバックグラウンド除去能力をモデル化し、CP対称性の破れおよび希少崩壊への感受性を評価する。
• 電弱観測量（例：αs、g−2、ǫ′/ǫ）の理論的予測と実験的測定値を比較し、標準模型との整合性を評価する。
• 最大10^36 cm⁻²s⁻¹の高出力運転が、希少B崩壊および新しい物理の発見可能性に与える影響を評価する。
• 特にカルオリメトリーおよびトラッキングに影響を及ぼす、将来の高出力e+e−衝突機における機器のバックグラウンドおよび検出器の課題を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 DAφNEのKLOEは、希少崩壊KL → π⁰νν̄の分岐率に対してどの程度の感受性を達成できるか。また、これは標準模型を超える新しい物理を探索可能か。
• RQ2 PEP-Nにおけるhadronic R(s)比の測定精度はどの程度になり、これは強い結合定数および電弱精度にどのような制約を課えるか。
• RQ3 superKEKおよびSuperBABARの希少B崩壊およびCP非対称性に対する予想される物理的到達可能性は、LHCbのようなハドロン衝突機と比較してどうなるか。
• RQ4 TESLAベースのZファクトリーは、十分な光度および検出器性能を達成でき、B中間子混合および希少崩壊を1%未満の精度で測定可能か。
• RQ5 e+e−衝突機の物理的能力は、固定標的カイオン実験（例：KTeV、NA48）と比較して、ǫ′/ǫおよび希少カイオン崩壊の測定においてどの程度の性能を示すか。

主な発見

• DAφNEのKLOEは、5000 pb⁻¹のデータで、KL → π⁰νν̄の分岐率に対して約10⁻⁶の感受性を達成できると予想され、標準模型を超える新しい物理の探索が可能になる。
• PEP-NにおけるR(s)の測定は、√s ≈ 1.8 GeVで約0.5%の精度に達すると予想され、ハドロン的真空偏移およびαsに対する制約が顕著に改善される。
• superKEKおよびSuperBABARは、10^36 cm⁻²s⁻¹の光度を達成すると予想され、B → K*μ⁺μ⁻のような希少B崩壊が統計的に有意に測定可能になる。
• TESLAベースのZファクトリーは、10^34 cm⁻²s⁻¹の光度を達成可能であり、現在のBファクトリーと比較してCP非対称性および希少崩壊への感受性が100倍向上する。
• DAφNEのKLOE実験は、5000 pb⁻¹のデータでǫ′/ǫを約2×10⁻⁴の精度で測定可能と予想され、KTeVやNA48のような固定標的実験と同等の感受性を示す。
• CESRにおけるCLEO-cのアップグレードは、D中間子の分岐率、崩壊定数、CKM行列要素の高精度測定が可能になり、系統的誤差の制御が向上すると予想される。