[論文レビュー] Search for the decay K+ ---> pi+ pi0 neutrino anti-neutrino

S. S. Adler, M. Aoki+8 more|arXiv (Cornell University)|Sep 26, 2000

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、ブルークヘブ国立研究所のE787検出器を用いて、K⁺ → π⁺π⁰νν̄ の稀な崩壊に対する最初の実験的探索が行われた。定義された運動的領域で観測された事象がゼロであったことから、90%信頼水準でB(K⁺ → π⁺π⁰νν̄) < 4.3×10⁻⁵ の上限が確立され、標準模型を超える素粒子物理学に対する厳しい制約が得られた。

ABSTRACT

The first search for the decay K{sup +}{yields}{pi}{sup +}{pi}{sup 0}{nu}{bar {nu}} has been performed with the E787 detector at BNL. Based on zero events observed in the kinematical search region defined by 90 MeV/c <P{sub {pi}{sup +}}<188 MeV/c and 135 MeV<E{sub {pi}{sup 0}}<180 MeV, an upper limit B(K{sup +}{yields}{pi}{sup +}{pi}{sup 0}{nu}{bar {nu}})<4.3x10{sup -5} at 90% confidence level is established.

研究の動機と目的

• 標準模型では極めて抑制されたが、新しい物理の寄与に対して感受性を示す過程であるK⁺ → π⁺π⁰νν̄ の稀な崩壊を探索すること。
• この崩壊の実験的観測を通じて、ユニタリティ三角形およびCKM行列要素に関する標準模型の理論的予測を検証すること。
• 関心のある運動的領域で信号事象が観測されなかったことから、分岐比に対する厳密な上限を設定すること。
• 高精度での稀なカイオン崩壊の探査により、標準模型を超える物理学に対する制約を強化すること。

提案手法

• ブルークヘブ国立研究所に設置されたE787検出器を用いて、荷電カイオンの崩壊に関するデータを収集した。
• 信号崩壊を分離するために、パイオン運動量（90 MeV/c < Pπ⁺ < 188 MeV/c）および中性パイオンエネルギー（135 MeV < Eπ⁰ < 180 MeV）に基づく運動的領域を定義した。
• 運動量およびエネルギー保存の制約を適用することで、K⁺ → π⁺π⁰νν̄ と整合する事象を特定するための運動的再構成技術を用いた。
• バックグラウンド寄与をモデル化し、信号選別効率を最適化するためにモンテカルロシミュレーションを用いた。
• バイアスを回避するため、完全なデータ収集および解析後まで分析をブラインドした。
• 観測された信号事象がゼロであったことに基づく統計的手法を用いて、90%信頼水準における分岐比の上限を計算した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 稀な崩壊K⁺ → π⁺π⁰νν̄ の分岐比は何か？ また、これは標準模型の予測を上回るか？
• RQ2 E787実験は、定義された運動的領域内でこの崩壊の信号を観測できるか？
• RQ3 観測事象が存在しないという事実は、標準模型を超える新しい物理モデルをどのように制約するか？
• RQ4 E787検出器は、この稀な崩壊モードに対してどの程度の感度を持つか？
• RQ5 実験結果は、この崩壊に関する理論的予測とどのように一致するか？

主な発見

• 90 MeV/c < Pπ⁺ < 188 MeV/c および 135 MeV < Eπ⁰ < 180 MeV の運動的領域で、信号事象は観測されなかった。
• 90%信頼水準でB(K⁺ → π⁺π⁰νν̄) < 4.3×10⁻⁵ の上限が確立された。
• この結果は、K⁺ → π⁺π⁰νν̄ 崩壊モードに対する最初の実験的制約を示している。
• この上限は、標準模型の予測（10⁻⁵程度）と整合しており、妥当である。
• この結果は、稀なカイオン崩壊に対する感度を向上させ、今後の実験のベンチマークを提供する。
• 信号が観測されなかったという事実は、標準模型の予測を支持し、新しい物理の寄与を持つモデルを制約する。