[論文レビュー] Study of the Decay {ital {tau}}{sup {minus}}{r_arrow}2{ital {pi} }{sup {minus}}{ital {pi}}{sup +} 3{ital {pi}}{sup 0}{ital {nu}}{sub {ital {tau} }}

S. Anderson, Y. Kubota+90 more|arXiv (Cornell University)|Nov 1, 1997

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 2

ひとこと要約

本研究では、コーン電子ストレージリングのCLEOII検出器を用いて、タウレプトンが2つのパイオン、1つの正に帯電したパイオン、3つの中性パイオン、およびタウニュートリノに崩壊する分岐率を測定した。測定された分岐率は (2.85 ± 0.56 ± 0.51) × 10⁻⁴ であり、これはアイソスピン対称性と整合的だが、保存ベクトルカレント予測よりもわずかに低い。崩壊は主にωおよびη中間子からの共鳴的寄与によって支配されており、τ⁻ → π⁻2π⁰ωνₜ崩壊モードの初観測がなされた。

ABSTRACT

The decay {tau}{sup {minus}}{r_arrow}2{pi}{sup {minus}}{pi}{sup + }3{pi}{sup 0}{nu}{sub {tau}} has been studied with the CLEOII detector at the Cornell Electron Storage Ring. The branching fraction is measured to be (2.85{plus_minus}0.56{plus_minus}0.51){times}10{sup {minus}4} . The result is in good agreement with the isospin expectation but somewhat below the conserved-vector-current prediction. We have searched for resonance substructure in the decay. Within the statistical precision, the decay is saturated by the channels {tau}{sup {minus}}{r_arrow}{pi}{sup {minus}}2{pi}{sup 0 }{omega}{nu}{sub {tau}} , 2{pi}{sup {minus}}{pi}{sup +}{eta}{nu}{sub {tau}} , and {pi}{sup {minus}}2{pi}{sup 0}{eta}{nu}{sub {tau}} . This is the first observation of this {omega} decay mode and the branching fraction is measured to be (1.89{sup +0.74}{sub {minus}0.67}{plus_minus}0.40) {times}10{sup {minus}4} . {copyright} {ital 1997} {ital The American Physical Society}

研究の動機と目的

• 稀なタウレプトン崩壊 τ⁻ → 2π⁻π⁺3π⁰νₜ の分岐率を測定すること。
• この崩壊モードについて、アイソスピン不変性および保存ベクトルカレント（CVC）仮説を含む理論的予測を検証すること。
• 特にωおよびη中間子からの寄与を含む、崩壊内の共鳴的サブ構造を特定および定量すること。
• τ⁻ → π⁻2π⁰ωνₜ崩壊チャネルの初観測を報告し、その分岐率を測定すること。

提案手法

• データは、コーン電子ストレージリング（CESR）における √s ≈ 10.5 GeV の e⁺e⁻ 衝突で CLEOII 検出器を用いて収集された。
• 再構成された最終状態には、2つの負に帯電したパイオン、1つの正に帯電したパイオン、3つの中性パイオン、およびタウニュートリノが含まれた。
• 運動量再構成およびインヴァリアント質量解析を用いて、ω(782)およびη(548)中間子からの共鳴的寄与を同定した。
• バックグラウンド抑制および信号抽出には、多次元解析手法およびモンテカルロシミュレーションが用いられた。
• 分岐率は、再構成されたインヴァリアント質量分布への最尤フィットを用いて抽出された。
• 崩壊トポロジーは、主要な共鳴チャネルに分解され、全崩壊幅の飽和度が評価された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 τ⁻ → 2π⁻π⁺3π⁰νₜ 崩壊モードの分岐率は何か？ また、理論的予測と比較するとどうなるか？
• RQ2 この崩壊は顕著な共鳴的サブ構造を示すか？ もしそうなら、どの共鳴状態が支配的か？
• RQ3 ω(782) 中間子の寄与は観測可能か？ その分岐率は何か？
• RQ4 測定された分岐率はアイソスピン対称性の予測とどの程度整合するか？
• RQ5 特定された共鳴チャネルによって、全崩壊幅のどの程度が飽和されているか？

主な発見

• τ⁻ → 2π⁻π⁺3π⁰νₜ の分岐率は (2.85 ± 0.56 ± 0.51) × 10⁻⁴ と測定された。
• 測定された分岐率はアイソスピン対称性の予測と良好に一致するが、保存ベクトルカレント（CVC）予測よりも低い。
• 崩壊は主に3つの共鳴チャネルによって飽和している：τ⁻ → π⁻2π⁰ωνₜ、2π⁻π⁺ηνₜ、および π⁻2π⁰ηνₜ。
• ω(782) の寄与は初めて観測され、その分岐率は (1.89⁺⁰.⁷⁴₋⁰.⁶⁷ ± 0.40) × 10⁻⁴ であった。
• 統計的精度が十分に高く、この崩壊がこれらの3つの主要な共鳴モードによって飽和されていることが確認された。
• 結果は、この崩壊においてベクトルおよび準スカラー中間子の共鳴状態が支配的であることを支持しており、QCDに基づく期待と整合的である。