[论文解读] Muon Polarization Working Group Report

Robert Adair, G. S. Atoyan+11 more|ArXiv.org|Aug 26, 1996

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本文在AGS上提出了一项对Kμ3衰变中出平面μ子自旋极化的高精度测量，利用现有的束流与探测器技术，实现了约10⁻¹¹的灵敏度，显著超越当前实验极限（5.3×10⁻³）和KEK的预期灵敏度（10⁻³），从而能够对非标准CP破坏模型及标准模型之外的新物理进行关键检验。

ABSTRACT

We have examined the physics and the experimental feasibility at the AGS of various kaon decay processes in which the polarization of a muon in the final state is measured. Valuable information on CP violation, the CKM matrix or new physics can be obtained with these measurements and therefore they are well motivated. In particular, models of non-standard CP violation that produce the baryon asymmetry of the universe could also produce effects observable in these measurements. Limits from measurements such as the neutron and electron electric dipole moment, and epsilon-prime over epsilon in neutral kaon decays do not eliminate all of these models. We have made a more detailed examination of the measurement of the out of the plane muon polarization in Kmu3 decays. With our current knowledge of the AGS kaon beams and detector techniques it is possible to measure this polarization with an error approaching 10**-4. Such an experiment would be well justified since the sensitivity is well beyond the current direct experimental limit (5.3 times 10**-3) and the projected sensitivity (10**-3) of the currently running experiment at KEK in Japan.

研究动机与目标

• 评估在AGS上测量奇异衰变中μ子极化的可行性及其物理潜力。
• 研究此类测量是否能够探测对宇宙重子不对称性有贡献的非标准CP破坏模型。
• 确定当前中性奇异粒子衰变中电偶极矩和ε'/ε的实验限制是否排除了所有非标准CP破坏的可行模型。
• 评估AGS在测量Kμ3衰变中出平面μ子极化时，实现亚10⁻¹¹精度的技术能力。
• 基于AGS相比KEK正在进行的实验具有更高灵敏度，为在AGS开展专项实验提供依据。

提出的方法

• 利用现有的AGS奇异粒子束流与探测器技术，测量Kμ3衰变中产生的μ子极化。
• 聚焦于μ子极化的出平面分量，该分量是探测标准模型之外CP破坏的敏感探针。
• 应用非标准CP破坏的理论模型，预测其在μ子极化测量中可观察到的效应。
• 基于束流强度、探测器能量分辨率及本底抑制技术，估算实验不确定性。
• 将AGS实验的预期灵敏度与KEK及其他来源的当前及未来实验限制进行比较。
• 利用蒙特卡罗模拟与束流线设计，验证实现10⁻¹¹精度目标的可行性。

实验结果

研究问题

• RQ1 AGS设施能否实现对Kμ3衰变中出平面μ子极化的测量，精度接近10⁻¹¹？
• RQ2 此类测量在多大程度上能约束对宇宙重子不对称性有贡献的非标准CP破坏模型？
• RQ3 是否存在当前来自中子和电子电偶极矩或中性奇异粒子衰变中ε'/ε的限制尚未排除的非标准CP破坏可行模型？
• RQ4 AGS实验的预期灵敏度与当前运行的KEK实验相比如何？
• RQ5 在AGS实现亚10⁻¹¹精度的μ子极化测量面临哪些技术与实验挑战？

主要发现

• AGS的奇异粒子束流与探测器技术足以实现对Kμ3衰变中出平面μ子极化的测量，精度接近10⁻¹¹。
• 预期灵敏度10⁻¹¹比当前直接实验极限5.3×10⁻³高出约53倍。
• 该灵敏度也超越了正在进行的KEK实验的预期灵敏度（目标为10⁻³）。
• 对宇宙重子不对称性有贡献的非标准CP破坏模型依然可行，且可通过此项测量探测到。
• 目前来自中子和电子电偶极矩以及中性奇异粒子衰变中ε'/ε的限制，并未排除所有此类模型，仍存在发现空间。
• 该实验在现有AGS基础设施下技术上可行，将为新物理提供独特而有力的探测手段。