[論文レビュー] Search for the CP symmetry violation in the decays of Ks mesons using the KLOE detector

M. Silarski|arXiv (Cornell University)|Feb 19, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 3被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、DAFNEにおけるKLOE検出器を用いて、K_S → 3π⁰崩壊におけるCP対称性の破れを探索した。運動量フィッティングと判別分析を用いて六光子最終状態を特定した。実験では90%信頼水準でBR(K_S → 3π⁰) < 2.7 × 10⁻⁸の新しい上限を設定し、|η₀₀₀| < 0.009に相当する。これはこれまでで最も厳しい制約である。

ABSTRACT

The aim of this work was to determine the KS -&gt; 3pi0 decay branching ratio and a modulus of the eta000 parameter, defined as the ratio of amplitudes for KS -&gt; 3 pi0 to KL -&gt; 3pi0 decays, which characterizes the CP symmetry violation in this decay. The measurement has been carried out with the KLOE detector operating at the phi-factory DAFNE in the Italian National Center for Nuclear Physics in Frascati. The KS mesons were identified with high efficiency via registration of these KL mesons which crossed the drift chamber without decaying and then interacted with the KLOE electromagnetic calorimeter. The KS four-momentum vector was then determined using the registered position of the KL meson and the known momentum of the phi meson. Next, the search for the KS -&gt; 3pi0 -&gt; 6gamma decay was carried out by the selection of events with six gamma quanta which momenta were reconstructed using time and energy measured by the electromagnetic calorimeter. To increase the signal over background ratio after identification of the KS meson and requiring six reconstructed photons a discriminant analysis is performed. It is based on kinematical fit, testing of the signal and background hypotheses and exploiting of the differences in kinematics of the KS decays into 2pi0 and 3pi0. Hence, we have obtained the upper limit on the KS -&gt; 3pi0 branching ratio at the 90% confidence level BR(KS -&gt; 3pi0)&lt; 2.7 x 10^-8, which is almost five times lower than the latest published result. The search for the KS -&gt; 3pi0 decay presented in this work failed to detect a signal of sufficient statistical significance. This upper limit can be translated into a limit on the modulus of the eta000 parameter amounting to: |eta000| &lt; 0.009 at the 90% confidence level.

研究の動機と目的

• CP対称性の破れに敏感な、珍しい崩壊過程K_S → 3π⁰の分岐比を測定すること。
• K_S → 3π⁰とK_L → 3π⁰の相対的なCP対称性の破れを定量化するη₀₀₀パラメータの絶対値を決定すること。
• 従来の実験的限界を超えて、K_S崩壊におけるCP対称性の破れ探索の感度を向上させること。
• 六光子最終状態におけるバックグラウンドを抑えるために、高度なイベント選別技術を適用すること。

提案手法

• K_Sメソンは、ドリフトチェンバーを通って崩壊せずに通過した関連するK_Lメソンの検出により特定された。
• K_Sの4元運動量は、既知のφメソンの運動量と、カリメータで測定されたK_Lの位置を用いて再構築された。
• 六つの再構築済み光子を持つイベントが、K_S → 3π⁰ → 6γ崩壊の候補として選別された。
• 信号とバックグラウンドを区別するために、運動量フィッティングと仮説検定を用いた判別分析が適用された。
• K_S → 2π⁰とK_S → 3π⁰崩壊の運動論的差異を活用し、信号感度を向上させた。
• 分岐比およびη₀₀₀パラメータの90%信頼水準区間を用いて、統計的上限が設定された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 90%信頼水準におけるK_S → 3π⁰崩壊の分岐比の上限は何か？
• RQ2 K_S → 3π⁰崩壊を用いて、CP対称性の破れパラメータ|η₀₀₀|はどの程度厳密に制約できるか？
• RQ3 現在の検出器性能では、K_S → 3π⁰の信号をバックグラウンド上に検出できるか？
• RQ4 新しい上限は、以前の実験結果と比較してどう異なるか？

主な発見

• K_S → 3π⁰崩壊の分岐比に対する上限は、90%信頼水準でBR(K_S → 3π⁰) < 2.7 × 10⁻⁸である。
• この結果は、以前に発表された上限のおよそ5分の1であり、感度の顕著な向上を示している。
• CP対称性の破れパラメータの絶対値は、90%信頼水準で|η₀₀₀| < 0.009に制限された。
• K_S → 3π⁰崩壊の有意な信号は観測されず、これは上限と整合的である。
• 判別分析によりバックグラウンドが効果的に抑制され、六光子最終状態における信号の識別が向上した。
• この測定により、KLOE検出器が中性Kメソン崩壊における稀なCP対称性の破れ過程を探査できる能力を示した。