[논문 리뷰] Search for the Lepton Flavour Violating Decay $μ^{+} o e^+ γ$ with the Full Dataset of the MEG Experiment

The MEG II collaboration|arXiv (Cornell University)|2016. 05. 17.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 101

한 줄 요약

본 연구는 전체 MEG 데이터셋(7.5×10^14 stopped muons)을 분석하여 μ^+ → e^+ γ를 검색; 신호는 유의하게 발견되지 않았고 분기비의 상한은 4.2×10^{-13} (90% CL)으로 설정되었으며, 이는 현재까지 가장 엄격한 제약이다.

ABSTRACT

The final results of the search for the lepton flavour violating decay $μ^{+} ightarrow { m e^{+}} γ$ based on the full dataset collected by the MEG experiment at the Paul Scherrer Institut in the period 2009--2013 and totalling $7.5 imes 10^{14}$ stopped muons on target are presented. No significant excess of events is observed in the dataset with respect to the expected background and a new upper limit on the branching ratio of this decay of $BR( μ^{+} ightarrow { m e^{+}} γ) < 4.2 imes 10^{-13}$ (90\%\ confidence level) is established, which represents the most stringent limit on the existence of this decay to date.

연구 동기 및 목표

• 표준 모형을 넘어서는 새로운 물리 현상의 탐구로서 전하 령(lepton) 플레버 위반의 탐색에 동기를 부여한다.
• 전체 MEG 데이터셋에 대한 포괄적 분석을 제공하여 μ^+ → e^+ γ에 대한 감도를 극대화한다.
• 지금까지 μ^+ → e^+ γ 붕괴에 대한 가장 엄격한 실험적 한계를 확립한다.

제안 방법

• 2009–2013년에 수집된 전체 MEG 데이터세트를 분석하여 표적에 걸친 7.5×10^14 정지 뮤온을 총합한다.
• 타이밍, 에너지, 각도 상관관계를 활용하여 μ^+ → e^+ γ의 령 flavor 위반 붕괴를 탐색한다.
• 배경을 모델링하고 사전에 정의된 신뢰 구간에서 잠재 신호를 추출하기 위한 통계 분석을 수행한다.
• 확립된 보정, 검출기 성능 및 재구성 기술을 사용하여 체계 불확실성을 제어한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 전체 MEG 데이터셋이 예측된 배경보다 μ^+ → e^+ γ 이벤트의 초과를 보여주는가?
• RQ2 신호가 유의하게 나타나지 않는 경우 BR(μ^+ → e^+ γ)의 상한은 무엇인가?
• RQ3 전체 데이터 세트가 이전 MEG 결과에 비해 감도를 어떻게 개선하는가?
• RQ4 지배적인 배경 기여도는 무엇이며 어떻게 제약되는가?

주요 결과

• μ^+ → e^+ γ 이벤트의 배경 위에서 유의한 초과가 관찰되지 않음.
• BR(μ^+ → e^+ γ) < 4.2 × 10^{-13} at 90% confidence level.
• 이 결과는 이 decay의 존재에 대한 지금까지 가장 엄격한 한계를 나타낸다.
• 데이터세트는 2009–2013년의 정지 뮤온 7.5×10^14에 해당.
• 분석은 최대한의 민감도를 확보하기 위해 전체 검출기 보정, 타이밍 및 재구성 성능을 포함한다.