[論文レビュー] Search for Lepton Flavor Violating tau^- Decays into l^-eta, l^-eta' and l^-pi^0

The Belle Collaboration, K. Abe|ArXiv.org|Sep 8, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、Belle実験から得られた401 fb⁻¹のデータを用いて、タウレプトンの軽レプトンおよび準素レプトンの変換（η, η′, π⁰）へのレプトンフレーバー違反（LFV）崩壊を探索する。有意な信号は観測されず、90%信頼水準における分岐比の上限が設定され、従来の上限より2.3〜6.4倍まで改善され、特に超対称理論におけるヒッグス媒介LFVを含む、標準模型を超える理論の制約がなされた。

ABSTRACT

We have searched for lepton flavor violating $τ$ decays with a pseudoscalar meson ($η$, $η'$ and $π^0$) using a data sample of 401 fb$^{-1}$ collected with the Belle detector at the KEKB asymmetric-energy $e^+e^-$ collider. No evidence for these decays is found and we set the following upper limits on the branching fractions: ${\cal{B}}(τ^- o e^-η) < 9.2 imes 10^{-8}$, ${\cal{B}}(τ^- o μ^-η) < 6.5 imes 10^{-8}$, ${\cal{B}}(τ^- o e^-η') < 1.6 imes 10^{-7}$, ${\cal{B}}(τ^- o μ^-η') < 1.3 imes 10^{-7}$ ${\cal{B}}(τ^- o e^-π^0) < 8.0 imes 10^{-8}$ and ${\cal{B}}(τ^- o μ^-π^0) < 1.2 imes 10^{-7}$ at the 90% confidence level, respectively. These results improve the previously published limits by factors from 2.3 to 6.4.

研究の動機と目的

• 標準模型では禁じられているが、標準模型を超える理論では許容される、タウレプトンが電荷を帯びたレプトンおよび準スカラー中間子（η, η′, π⁰）に崩壊するレプトンフレーバー違反（LFV）崩壊の探索。
• Belle実験から得た大規模データサンプルを用いて、これらのLFV崩壊に対する既存の実験的上限の感度を向上させること。
• 特に超対称理論におけるヒッグス媒介LFVを含む、標準模型を超える理論のモデルを制約すること。
• 準スカラーヒッグス粒子の探索という文脈において、CDF、DØ、LEP2実験と比較して、競争力のある感度ベンチマークを提供すること。

提案手法

• KEK Bファクトリーで、Υ(4S)共鳴状態で運転されたe⁺e⁻衝突データの401 fb⁻¹を用いて分析を行う。
• 信号に類似した候補を特定するために、インバリアント質量（M_inv）とエネルギー差（ΔE）の変数を組み合わせてイベントを再構築する。
• 信号領域は、M_inv–ΔE平面における楕円型の領域として定義され、背景は信号領域を除いた隣接領域から推定される。
• モンテカルロシミュレーションを用いて信号および背景の寄与をモデル化し、背景推定のためデータに合わせて正規化を調整する。
• 非バッチド最尤フィットを用いて信号収量を抽出し、90%信頼水準における分岐比の上限を設定する。
• MSSMにおけるヒッグス媒介LFVの理論的予測を用いて、m_Aおよびtanβのパラメータ空間における除外領域を解釈する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 τ⁻ → e⁻η崩壊の分岐比に対する上限は何か？ また、過去の測定値と比較するとどうなるか？
• RQ2 Belle実験は、η′およびπ⁰モードへのLFV τ崩壊に対する感度を、過去の実験と比較して向上させられるか？
• RQ3 観測されたτ⁻ → μ⁻η崩壊の上限に基づき、準スカラーヒッグス粒子のm_A–tanβパラメータ空間で除外される領域は何か？
• RQ4 この分析の感度は、CDF、DØ、LEP2実験と比較して、ヒッグス媒介LFVを探索する上でどの程度か？
• RQ5 これらの結果は、最小超対称標準模型の文脈におけるレプトンフレーバー違反モデルをどの程度まで制約するか？

主な発見

• τ⁻ → e⁻η崩壊の分岐比に対する上限は、90%信頼水準で9.2 × 10⁻⁸に設定された。
• τ⁻ → μ⁻η崩壊の分岐比に対する上限は、90%信頼水準で6.5 × 10⁻⁸に設定され、過去の上限より4.6倍改善された。
• τ⁻ → e⁻η′崩壊の分岐比に対する上限は、90%信頼水準で1.6 × 10⁻⁷に設定され、過去の上限より6.4倍改善された。
• τ⁻ → μ⁻η′崩壊の分岐比に対する上限は、90%信頼水準で1.3 × 10⁻⁷に設定され、過去の上限より3.2倍改善された。
• τ⁻ → e⁻π⁰崩壊の分岐比に対する上限は、90%信頼水準で8.0 × 10⁻⁸に設定され、過去の上限より2.3倍改善された。
• 本分析では、準スカラーヒッグス粒子のm_A–tanβ平面における領域が除外され、CDF、DØ、LEP2実験と同等の感度を示した。