[论文解读] 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)|May 17, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 101

一句话总结

该研究分析了完整的MEG数据集（7.5×10^14 停止的μ子）来搜索 μ^+ → e^+ γ；没有发现显著信号，并设定分支比的上限为 4.2×10^{-13}（90% 置信水平），迄今为最严格。

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.

研究动机与目标

• 动机：将带电轻子味违反作为探测超出标准模型的新物理的一种途径。
• 提供对完整 MEG 数据集的全面分析，以最大限度提高对 μ^+ → e^+ γ 的敏感性。
• 确立迄今为止对 μ^+ → e^+ γ 衰变的最严格实验上限。

提出的方法

• 分析自 2009–2013 收集的完整 MEG 数据集，总计 7.5×10^14 停止靶向 μ 子。
• 通过利用正电子和光子的时间、能量与角相关性来搜索 Lepton flavor violating 衰变 μ^+ → e^+ γ。
• 建模背景并执行统计分析，在预设的置信水平下提取潜在信号。
• 使用已确立的标定、探测器性能与重建技术来控制系统不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 完整的 MEG 数据集是否在预期背景之上显示出 μ^+ → e^+ γ 事件的超额？
• RQ2 在没有显著信号的情况下，得到的 BR(μ^+ → e^+ γ) 的上限是多少？
• RQ3 与先前的 MEG 结果相比，完整数据集如何提高灵敏度？
• RQ4 主要背景贡献是什么，它们如何被约束？

主要发现

• 未观察到高于背景的 μ^+ → e^+ γ 事件的显著超额。
• 分支比的上限为 BR(μ^+ → e^+ γ) < 4.2 × 10^{-13}，90% 置信水平。
• 这一结果迄今为止对该衰变存在性的最严格限定。
• 数据集对应于 2009–2013 年的 7.5×10^14 停止在靶上的 μ 子。
• 分析包括完整的探测器校准、时间测量和重构性能，以最大化灵敏度。