タウ粒子崩壊τ－→ωπ－ντにおける セカンドクラスカレントの探索 奈良女子大学大学院 人間文化研究科 物理科学専攻 高エネルギー物理学研究室 玉木智子 1. 2. 3. 4. 5. Introduction 実験装置（KEKB加速器、Belle測定器） 事象選別 セカンドクラスカレントの探索 まとめ １．Introduction τ粒子 ・第３世代に属するレプトン ・最も重いレプトン（電子の質量の約3500倍） ・ハドロニック崩壊が可能 e μ τ νe νμ ν τ τ粒子の崩壊 【レプトニック崩壊】 終状態 ・・・ τ－→ e－ν e ν τ 、 τ－→ μ－ν μ ν τ 割合 ・・・ 35.1% 【ハドロニック崩壊】 πやK中間子、ハドロン共鳴状態を含む崩壊 終状態 ・・・ ベクター状態 （ JP = 1－ 、 π中間子を偶数個含む崩壊） 軸ベクター状態 （ JP = 1＋ 、 π中間子を奇数個含む崩壊） 擬スカラー状態 （ JP = 0－ 、 π中間子1個のみ含む崩壊） ストレンジネス状態 （S = ±1 、K中間子を含む崩壊） 低いエネルギーのハドロン状態を調べる理想的な過程。 → 弱い相互作用で、セカンドクラスカレント （次に説明）は観測されていない。 セカンドクラスカレント ・粒子のスピン （J） ・パリティー （P） ・アイソスピン空間におけるパリティー （Gパリティー） を組み合わせて粒子を分類したときにあらわれるカレント。 【ファーストクラスカレント】 PG（－1）J＝＋1 JPG＝（0＋＋、0－－、1＋－、1－＋） 【セカンドクラスカレント】 PG（－1）J＝－1 JPG＝（0＋－、0－＋、1＋＋、1－－） → 弱い相互作用での崩壊は観測されている → 弱い相互作用での崩壊は観測されていない 0－＋、1－－ ・・・クォークモデルそのもので禁止 0＋－ ・・・πη、ωπに崩壊可能 1＋＋ ・・・ 共鳴状態ｂ１（1235） →ωπに崩壊 τ－→ωπ－ντは、弱い相互作用によるセカンドク ラスカレントの探索に適した崩壊過程である。 τ－→ωπ－ντ崩壊を用いて、弱い相互作用によるセカンドクラスカレントの探索を行う。 セカンドクラスカレントの寄与の導出方法 ωπ系の可能なスピンパリティ →ω粒子のスピン偏極の違い ＝ 崩壊角度分布cosθの違い として現れる。 JPG 角運動量L F（cosθ） FCC/SCC 1－＋ 1 1－cos2θ FCC 1＋＋ 0 1 SCC 1＋＋ 2 1＋3cos2θ SCC 0－＋ 1 cos2θ SCC FCC ： ファーストクラスカレント SCC ： セカンドクラスカレント θ ： ω decay planeの垂線とω粒子の静止系における4 番目のπ－とがなす角 L ： ωπ系の軌道角運動量 ファーストクラスカレントJPG＝１－＋ π－ θ π0 π－ π＋ ω decay plane F（cosθ）＝ 1－cos2θ セカンドクラスカレントの寄与が存在 F（cosθ）＝１（一定） F（cosθ）＝ 1＋3cos2θ の成分が観測されるはず！ 崩壊角分布を調べることにより、セカンドクラスカレントの寄与を導出する。 ２．実験装置 KEKB加速器 非対称エネルギー 電子・陽電子衝突型加速器 e－ ： 8GeV e＋ ： 3.5GeV 重心系のエネルギー ：10.58GeV B中間子対を大量に生成し研究するの に理想的な設計（年間約108個生成 ） B中間子とほぼ同数のτ粒子も生成 茨城県つくば市 高エネルギー加速器研究機構 τ - ファクトリーとしても重要 Belle検出器 ＊KEKB加速器で生成された粒子 を検出する大型検出器で、 複数の装置で構成されている。 ＊高いエネルギー及び運動量 の分解能と優れた粒子識別能 力を持つ。 SVD ：粒子崩壊点 の測定 CDC ：荷電粒子の飛跡や 運動量の測定 ACC : K±とπ±の識別 TOF : 荷電粒子の飛行時 間を測定 ECL : 電子や光子の エネルギー測定 KLM : KL,μ粒子検出器 ECL ACC ３．事象選別 e＋eー→ τ＋τー事象選別 Belle測定器で収集された全反応の中から、 τ対生成を選びだすことが必要。 e＋e－の重心系で２つの半球に分け、τ＋τ－それぞれの崩壊の区別を行う。 【事象軸】 ＊他の荷電飛跡と 90°以上離れている ＊最も高い運動量を持つ 荷電飛跡の方向。 事象軸に垂直な面で、 生成した粒子を２つの半球に分け、 1半球ごとに条件を課していく。 e＋e－→τ＋τ－選別条件 ＊荷電飛跡の本数が2本または4本で、電荷の合計が０。 全τ崩壊事象の85％を選ぶことができる ＊検出されないニュートリノによる、ミッシング質量（MM）とミッシング角（θmiss） の情報を用いた条件。 ミッシングによる条件 終状態の荷電飛跡と光子の 4元運動量の和 始状態e＋e－の ビーム全4元運動量 θ miss し 運動量の保存から決まった ミッシングの重心系における方向 beam tracks MM2 ( pinitial pfianl pfinal )2 ミッシング質量とミッシング角の2次元プロット DATA MC τサンプル 2000年10月から2002年12月までに Belle 実験で収集されたデータ ７２．２ /fb τ対生成事象 22.7×106 バーバー散乱 μ粒子対生成 2光子生成反応 π０の再構成 ( Sγγ = (Mγγ－Mπ０) / σγγ ) 2つの光子の不変質量とπ0の質量の差を、光子の分解能で割ったものをSγγと定義した。 data MC mγγ − mπ 0 Sγγ ≡ σγγ mγγ ： γの不変質量 Mπ0 ： π0の質量 σ γγ ：mγγ の分解能 【シグナル領域】 －3 ≦ Sγγ ≦ 2 【サイドバンド領域】 －9 ≦ Sγγ ≦ －6 6 ≦ Sγγ ≦ 9 シグナル領域に含まれる、 真のπ0事象を、シグナル領域 とサイドバンドの領域との差を 用いて見積もった。 （Mγγ－Mπ０）/σγγ τ－→h－h＋h－π0ντ事象選別 ｈ± = π±、K±中間子 さらに、τ粒子を用いて３個の荷電ハドロンとπ０に崩壊する事象を選別する。 1．半球中に、π0が1つある。 2．半球中に荷電飛跡が3本あり、 その荷電の合計が －１（ τ－→h－h＋h－π0ντ ） を満たす。 3．π0を2個以上含む事象の除去 π0 から崩壊した2つの光子以外に、高い エネルギー（200MeV 以上）の光子があ れば除く。 4．光子転換を含む事象の除去 τ－→h－ π0 ντ γγ e＋e－ τ－→π－π＋π－π0ντ事象選別 さらに、 τ－→h－h＋h－π0ντ を用いて、τ－→π－π＋π－π0ντ に崩壊する事象を選別する。 【π、K 粒子識別】 ＊荷電粒子ID（Pπ/K）を用いて、 終状態に同じ電荷を持つ2つの荷電 粒子がπとIDされていることを要求し た。 ＊電荷の異なる荷電粒子はπと仮定 【 τ－→π－π＋π－π0ντ候補数】 9.59 × 106 事象 【他のτ崩壊からくる バックグラウンド】 9.28±0.33 ％ 【e＋e－→qq過程による バックグラウンド】 10.57±0.39 ％ τ－→π－π＋π－π0ντ反応における π＋π－π0 不変質量分布 Pick up τ－→π－π＋π－π0ντ反応には2 つのπ－がある。 2つのπ＋π－π0の組み合わせ が同時にプロットされている。 ω粒子の質量である0.738GeV 付近のピークが顕著に見えて いる。 τ－→ωπ－ντ事象選別 τ－→ωπ－ντ 事象選別を行うため、τ－→π－π＋π－π0ντ反応から、真のω事象を選別する。 シグナル領域 0.735≦Mω≦0.815 (GeV/c2) サイドバンド領域 0.680≦Mω≦0.700 (GeV/c2) 0.850≦Mω≦0.870 (GeV/c2) ※サイドバンド領域それぞれ2倍する ことにより、シグナル領域に対応 total Nsig = Nsig − (Nside × 2) シグナル領域に含まれる、 真のω事象を、シグナル領域 とサイドバンドの領域との差 を用いて見積もった。 ωπ－不変質量分布 ｂ１（1235）共鳴などの顕著な ピークは特に見られない。 【τ－→ωπ－ντ候補数】 1.61×106 事象 【他のτ崩壊からくる バックグラウンド】 2.65±0.12 ％ 【e＋e－→qq過程による バックグラウンド】 1.15±0.23 ％ ４．セカンドクラスカレントの探索 τ－→ωπ－ντ崩壊 を用いて、セカンドクラスカレントの探索を行う。 ファーストクラスカレントの寄与 F（cosθ）＝ 1－cos2θ が支配的となっている。 セカンドクラスカレントの寄与が存在 F（cosθ）＝１（一定） F（cosθ）＝ 1＋3cos2θ の成分が観測されるはず。 π－ θ π0 π－ π＋ ω decay plane セカンドクラスカレントの寄与 【フィットの関数】 F cosθ = N ϵ・FSCC cosθ + 1 − ϵ FFCC (cosθ) F（cosθ）＝１について 調べる Y= Ymax ・3 1 − ϵ 1 − cos2 θ + 2ϵ 4 Ymax : 正規化定数 ε ：セカンドクラスカレントの寄与 【フィットの結果】 統計誤差 ε =（－1.6 ± 6.2 ）×10－3 （ χ２ = 53.1 、NDF = 38 ） これよりεの上限値は、 ε ＜ 0.007 （90% C.L.） ε ＜ 0.010 （95% C.L.） 他の実験との比較 ルミノシティー εの上限値 C.L. ALEPH 0.132/fb 0.086 95% （1996年） CLEO 4.68/fb 0.054 90% （2000年） 0.064 95% 0.0085 90% 0.0069 95% 0.007 90% 0.010 95% BABAR Belle(今回) 347/fb 72.2 /fb （2008年） 今回の解析では、統計を増やすことにより、以前に行われた実験結果 （ALEPH ・CLEO）と比較すると約1桁感度をあげることができた。 また、現在進行中の実験（BABAR）と比較すると、同等の感度まで近づける ことができたといえる。 ５．まとめ 本解析のまとめ ・2000年10月から2002年12月までにBelle実験が収集したデータ 72.2 /fb τ－→ π－π＋π－π0ντ τ－→ ω π－ντ 事象 ・・・ 9.59 × 106 事象 ・・・ 1.61 × 106 事象 事象 ・セカンドクラスカレントの探索 得られたセカンドクラスカレントの寄与 ε = (－1.6 ± 6.2 ) ×10－3 上限値 ・・・ ε ＜ 0.007 （90% C.L.） ε ＜ 0.010 （95% C.L.） 今後について ＊今回、解析に用いたデータは、現在Belle実験が収集したデータの約１/10 データ量を増やすことにより、より高い感度でセカンドクラスカレントの 探索を行うことができると期待される。 ＊系統誤差など、検討課題の解決 ＊セカンドクラスカレントの寄与 F（cosθ）＝ 1＋3cos2θについてのフィット Gパリティー Iz G = ｃ e iπIy Iｘ Iｙ π－π＋π－π0事不変質量分布のおける DATAとMCのずれについて MC DATA ファーストクラスカレントの寄与 セカンドクラスカレントの寄与 F（cosθ）＝ 1－cos2θ F（cosθ）＝１（一定） F（cosθ）＝ 1＋3cos2θ の外形
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