MEG 実験全データを用いた μ ＋ → ｅ ＋ γ 探索解析 金子大輔 他 MEG コラボレーション 東京大学 素粒子物理国際研究センター.

Presentation on theme: "MEG 実験全データを用いた μ ＋ → ｅ ＋ γ 探索解析 金子大輔 他 MEG コラボレーション 東京大学 素粒子物理国際研究センター."— Presentation transcript:

1 MEG 実験全データを用いた μ ＋ → ｅ ＋ γ 探索解析 金子大輔 他 MEG コラボレーション 東京大学 素粒子物理国際研究センター

2 MEG の物理 μ + →e + γ レプトンフレーバーが 保存しない過程 荷電レプトンでは未発見 標準理論では起こらないが、 新しい物理現象の量子効果 を通じてのみ起こり得る 幾つかの有力な理論で 検出可能な分岐比 10 -12 ～ 10 -14 が予言されている MSSM の例 Large tanβ & Heavy squark Isidori et al, Phys. Rev. D 75, 115019 (2007) ? μ+μ+ e+e+ γ MEG2013 B < 5.7×10 -13 (90%C.L.) PRL110, 201801(2013) 日本物理学会 2014 年秋季大会平成二十六年九月十八日 2 E842 μ (g-2) PRD73(2006)072

3 MEG の信号 μ+μ+ 信号事象 γ e+e+ EγEγ 背景事象 EeEe Θ eγ t eγ μ+μ+ γ e+e+ νeνe νμνμ Radiative Muon Decay Accidental Background ( こっちが主 ) 本物の μ + →e + γ なら E γ = E e = 52.8 MeV t eγ = 0 s Θ eγ = 180° e-e- e+e+ γ μ+μ+ γ e+e+ νeνe νμνμ μ+μ+ e+e+ νeνe νμνμ or ＋ 日本物理学会 2014 年秋季大会平成二十六年九月十八日 3

4 解析の方式 Likelihood 関数を次のように定義 signal 、 RD 、 BG の個数の最適値を fit により決定する。 ToyMC を利用し、 Feldman-Cousins の方法で制限範囲を設定する。 N RD, N BG を side band からの 予測の付近に束縛 Extended maximum likelihood 日本物理学会 2014 年秋季大会平成二十六年九月十八日 4

5 使用するデータ 年度 μ 粒子数 (×10 14 ) 規格化定数 (×10 12 ) 20090.651.2 20101.102.52 20111.854.05 09-11 計 3.67.77 20122.405.17 20131.403.51 12-13 計 3.88.68 総計 7.416.45 MEG の物理 run 開始から、 2013 年 8 月の DAQ 終了までの全データを使用する。 ( 公表済みデータも解析法が新しくなる。 ) 前回、 2013 年公表の 感度 7.7×10 -13 での探索に 使用したデータ量の 2.1 倍 逆数が Single Event Sensitivity preliminary 日本物理学会 2014 年秋季大会平成二十六年九月十八日 5

6 前回からの発展 AIF γ 線 BG の一種 「陽電子の飛行中対消滅」 を検出して除去する 新測定磁場 以前は 2006 年に測定したデータ を基にした磁場マップを使用し ていた 精度の高い磁場測定 統計量の増加 ビーム強度依存性 時期によりビーム強度が異なる ため、予測されるバックグラウ ンドの変化を考慮に入れる 前回使用したデータの 2.1 倍 日本物理学会 2014 年秋季大会平成二十六年九月十八日 6

7 Annihilation In Flight 飛行中の陽電子が途中の物質 と対消滅して γ を放出する Accidental BG の原因の一つ 取り除き得る BG の比率は 解析範囲において約 1/3 信号に近いエネルギー領域では 特に割合が高い AIF RMD 標的 液体キセノン γ 線検出器 ドリフト チェンバー 飛跡検出器 日本物理学会 2014 年秋季大会平成二十六年九月十八日 7

8 陽電子の飛跡が途中で消えているイベントが対消滅の候補。 直前の陽電子の運動量から予想される角度、時間に対応する γ 線を探す。 対応するガンマ線と陽電子のペアが 見つかったら予想との角度差・時間差、 Δθ AIF 、 Δφ AIF 、 Δt AIF を記録する。 track AIF candidate photon AIF の検出法 track AIF candidate photon ガンマ線検出器 Δφ AIF Δθ AIF 飛跡検出器 日本物理学会 2014 年秋季大会平成二十六年九月十八日 8

9 AIF の取扱い シグナル、 RMD 、 BG 、各 PDF に AIF 変数による部分を追加する。 BG 用 PDF はデータ ( 赤 ) から、 RD と signal はランダムデータ ( 黒 ) から作成。 ΔθΔφ ΔｔΔｔ preliminary 赤 : AIF 候補イベント 黒 : ランダムな BG の組み合わせ 50 [mrad] 0-5050 [mrad] 0-50100 [ns] 0-100 日本物理学会 2014 年秋季大会平成二十六年九月十八日 全 γ の BG に対し AIF 候補は 85% 。ピーク成分が 14% 、ベースが成分 71% 。 9

10 AIF PDF の作成 観測値 再構成 PDF 観測された AIF 変数の 3 次元分布を再現する関数形を決め、フィッティングする。 preliminary Δφ-Δ ｔ Δθ-Δ ｔ Δθ-Δφ ※他に、測定値を直接 binning 、 1 次元ヒストグラムで場合分けを行うなどの案も検討さ れている。最終版で何を採用するのかは未定。 日本物理学会 2014 年秋季大会平成二十六年九月十八日 10

11 AIF 変数を 使用しない 中央値 7.58 AIF 除去による感度の変化 2009-2013 年の統計量を仮定した toy-MC を生成し、 シグナル数の 90%CL 上限値を求めた。 AIF 変数は先で作成した PDF を、生成とフィット共に使用した。 ただし他の変数の systematic error はここでは考慮していない。 AIF 変数を フィットに使用 中央値 6.98 AIF 除去を行うことで 約 8 ％感度が向上する 日本物理学会 2014 年秋季大会平成二十六年九月十八日 0 N sig upper limit (90%) 102030 11 preliminary

12 新磁場マッピング 新磁場マップ MEG-II で分解能の向上した飛跡検出 器のために相対誤差 0.1% 以下を目標 として再測定をしている。 これまでの磁場マップ ・ MEG 開始直前に測定 ・ 3 次元の軸方向の不定性 ・ Z 軸方向のみ採用 Maxwell 方 程式で計算していた 相対誤差 0.2% 現状の分解能では問題ではない 分解能よりも小さいため影響は小さそう 日本物理学会 2014 年秋季大会平成二十六年九月十八日 preliminary θ NEW -θ OLD RMS 1.6mrad θ NEW -θ OLD RMS 5.4mrad 12 陽電子パラメータの相関に不 可解な振る舞いがある 既に systematic uncertainty と して計上してある

13 ビーム強度依存性を考慮した PDF ビームの強度が時期により異なる。 2012 と 2013 は以前より高い MEG の signal は強度に比例だが、 accidental BG は 2 乗に比例する。 イベントレートのビーム強度依存性を入れるために データ取得期間（年）をオブザーバブルとして追加 日本物理学会 2014 年秋季大会平成二十六年九月十八日 preliminary 13 f(p) / k

14 解析の状況 各検出器 ガンマ線：キセノン検出器 陽電子：ドリフトチェンバー タイミングカウンター 従来通りの較正・ PDF 用パラメータの抽出はだいたい完了 アライメントデータを解析中 磁場測定 MEG-I のための測定は完了、 陽電子解析性能が向上するようなら解析に導入 AIF 解析手法を検討中 日本物理学会 2014 年秋季大会平成二十六年九月十八日 14

15 今後の予定 AIF 磁場 影響あり？ 実装 MEG最終結果MEG最終結果 リプロセス YES NO アライメント データ 再処理？ YES NO 調査 リプロセス 全データを処理す るため 12 週間必要 検査 測定解析 3 週間必要 現在 日本物理学会 2014 年秋季大会平成二十六年九月十八日 15

16 まとめ MEG 実験コラボレーションは 全データを使用する最終結果に向けて解析を進めている。 既に発表している 2009-2011 以前の結果 崩壊分岐比感度 7.7×10 -13 、上限値 5.7×10 -13 を上回る探索が可能となる 2.1 倍の統計量 AIF を 除去することで 8% 感度が改善する より精密な磁場マップ ビーム強度依存性を考慮した PDF 統計量の向上のみを考慮すると感度は ~5×10 -13 遅くとも今年度中に MEG 最終結果を出したい 日本物理学会 2014 年秋季大会平成二十六年九月十八日 16

17 ご清聴ありがとうございました