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

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1 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.　Introduction 2.　実験装置（KEKB加速器、Belle測定器） 3.　事象選別 4.　セカンドクラスカレントの探索 5.　まとめ

2 １．Introduction e μ τ νe νμ ντ τ粒子の崩壊 τ粒子 ・第３世代に属するレプトン
　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 ντ 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。

3 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。
・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－－） 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 →　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 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。

4 セカンドクラスカレントの寄与の導出方法 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。 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＋＋ SCC 2 1＋3cos2θ 0－＋ cos2θ 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 π－ θ π0 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 π－ ω decay plane π＋ ファーストクラスカレントJPG＝１－＋　　　　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。

5 ２．実験装置 KEKB加速器 τ - ファクトリーとしても重要 茨城県つくば市 高エネルギー加速器研究機構 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 τ - ファクトリーとしても重要 茨城県つくば市　 高エネルギー加速器研究機構　　　　　　　　　　

6 Belle検出器 ECL ACC 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
＊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。 ECL ＊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。 ACC 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

7 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。
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。

8 e＋e－→τ＋τ－選別条件 ミッシングによる条件 ＊荷電飛跡の本数が2本または4本で、電荷の合計が０。
＊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 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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 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

9 ミッシング質量とミッシング角の2次元プロット
MC 　τサンプル DATA 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

10 π０の再構成 ( Sγγ = (Mγγ－Mπ０) / σγγ )
data MC 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

11 τ－→h－h＋h－π0ντ事象選別 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。 τ－→h－ π0 ντ γ γ
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。 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。 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。 4．光子転換を含む事象の除去 τ－→h－　π0　ντ 　　　　　　　　　γ γ e＋e－

12 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 　　　　　　10.57±0.39　％

13 τ－→π－π＋π－π0ντ反応における π＋π－π0 不変質量分布
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。

14 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≦ (GeV/c2) サイドバンド領域 0.680≦Mω≦ (GeV/c2) 0.850≦Mω≦ (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 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。

15 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
【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 　　　　 1.15±0.23　　％

16 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。
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

17 セカンドクラスカレントの寄与 【フィットの関数】 F（cosθ）＝１について 調べる 【フィットの結果】
Ymax : 正規化定数 ε　　：セカンドクラスカレントの寄与 統計誤差 【フィットの結果】 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.）

18 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% CLEO 4.68/fb
0.054 90% 0.064 BABAR 347/fb 0.0085 0.0069 Belle(今回) 72.2 /fb 0.007 0.010 （1996年） （2000年） （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。

19 ・2000年10月から2002年12月までにBelle実験が収集したデータ
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 　　　 τ－→ π－π＋π－π0ντ 事象　・・・　9.59 × 106　　　事象 　　　　 τ－→ ω π－ντ　 事象　・・・ × 106　　　事象 72.2　/fb ・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

20 Gパリティー Iz G = ｃ e iπIy Iｘ Iｙ

21 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

22 ファーストクラスカレントの寄与　　F（cosθ）＝ 1－cos2θ セカンドクラスカレントの寄与　　　　F（cosθ）＝１（一定） 　　　　　　　　　　　　　　　　　F（cosθ）＝ 1＋3cos2θ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　の外形