Tgm/eg の探索 科研費研究員　早坂　圭司 学術創成評価委員会 2018/11/15.

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1 tgm/eg の探索 科研費研究員　早坂　圭司 学術創成評価委員会 2018/11/15

2 学術創成研究課題「τレプトン物理の新展開」
New Physics 探索 標準理論の 高感度検証 t-LFV の探索 tgm/eg tgm/e h/h’/p0 tgm/e V0 Hadronic t decayの測定 tgKK*0n tgpp0n 2018/11/15 学術創成評価委員会

3 τレプトンとＢＳＭ 標準模型ではレプトン数は保存 p+gm++nm, m-ge-+ne+nm
レプトン数を破る(LFV)現象を発見すればBeyond the Standard Model(BSM) の現象を発見したことになる。 　m-ge-+g, m-ge-+e++e-, t-gm-+g, e++e-gt++m- cf. 標準模型で許される現象の場合、正確に標準模型からの寄与と BSMからの寄与を分離しなくてはならない。 　　　　　　　B+gt++nt の場合：間にW+ が飛ぶ（標準模型）・H+ が飛ぶ(SUSY) tが一番重たいレプトン：Brは質量のn乗に比例 τLFV 崩壊 Br~O(10-7~-9) 　　　　　　　と予想 n=1 n=2 n=3 n=4 (mm/mt)n 0.017 4.8x10-6 8.2x10-8 2018/11/15 学術創成評価委員会

4 New physics と tgm+g tLFV 崩壊の中で最も期待されている e.g. MSSM+ seesaw model
Br(tmee) / Br(tmg) ~1/94 Br(tmmm)/ Br(tmg) ~ 1/440 chargino sneutrino を仮定 hep-ex/ 2018/11/15 学術創成評価委員会

5 本研究課題における取り組み ３種の神器 (1)高統計のデータ (2)データ解析能力 (3)独創的研究能力 BGの排除 高いS/N
Belle 実験で収集された 世界最高統計量のデータ BGの排除 高いS/N これまでの 研究成果の 蓄積 学術創成研究費による データ解析システム拡充 研究員の動員 2018/11/15 学術創成評価委員会

6 Bファクトリーとτ Bファクトリーはτファクトリー（世界最多のτデータ）
s(bb)~1.1nb/s(tt)~0.9nb at 10.6GeV 　　　　→B中間子とほぼ同数のτレプトンが生成される 　　　　　　109個のτ～O(10-8)の感度 最近のLFV τのデータはＢファクトリーから 　　　 　　PDG2006 Ｂファクトリー →　t LFV 崩壊探索のベストな環境 2018/11/15 学術創成評価委員会

7 tgmg 崩壊探索の歴史 # of t pairs Before B factories B factories １０年で１桁程度の改善
4,5年で一桁改善？ 2018/11/15 学術創成評価委員会

8 ＫＥＫＢ加速器 e+e- g U(4s) g BB Belle KEKB Linac 周長３ｋｍ。非対称電子陽電子衝突型加速器
　　（電子8GeV,陽電子 3.5GeV, √s=10.6GeV） １日に約１００万個のＢＢ生成能力（世界最高） 2018/11/15 学術創成評価委員会

9 KEKB加速器とルミノシティ 積分ルミノシティー (fb-1) peak luminosity 1.71x1034cm-2s-1
～ＢＢを１０個程度／１秒 積分ルミノシティ 蓄積されたデータ量 >700fb-1 ７億個相当のＢＢが生成 積分ルミノシティー (fb-1) 2018/11/15 学術創成評価委員会

10 Belle 検出器 Aerogel Cherenkov cnt. SC solenoid 3.5 GeV e+ CsI(Tl)
TOF counter 8 GeV e- Central Drift Chamber Si vtx. det. 3/4 lyr. DSSD m / KL detection 2018/11/15 学術創成評価委員会

11 tgm+g search （信号事象） e+e-gt+t- 信号事象に対しては 信号事象の評価: Mmg-DE 平面上
generic t decay e+e-gt+t- signal event m+g (signal side) 1 prong + missing ( tag side) signal MC 信号事象に対しては 信号事象の評価: Mmg-DE 平面上 blind analysis 3s ellipse: blinded region 2018/11/15 学術創成評価委員会

12 tgm+g search （予想される背景事象）
eegmmg eegttg m- g g m- t- 信号事象 e+ e- e+ e- m- t+ g m+ sig:ν２本 tag:ν１本 t- e+ e- t+ p- m eegqq 2光子過程 m- g e- q=u,d e- m ではないことを要求 e+ e+ e- sig:ν０本 tag:ν１本 欠損運動量、 欠損質量の 情報を活用 p+ e+ sig:ν０本 tag:ν０本 m+ 2018/11/15 学術創成評価委員会

13 tgm+g search （欠損運動量と背景事象）
欠損運動量 pmiss pmiss = (beam の運動量） ー（観測された全運動量の和） mmiss2=Emiss2-pmiss2 Emiss を求める時はtag sideの粒子にπmass を仮定 mmiss2 – pmiss平面で 　　　　　　　　選別 signal data m- g t- e+ e- t+ 91% のBGを排除！ 信号は８０％keep m 2018/11/15 学術創成評価委員会

14 tgm+g search （さらなる背景事象の排除）
Data MCtotal ttMC mmMC uds eemm cosqtag-missCM<0.98 signalMC g m- mmg 事象のさらなる排除 e+ e- signal:94% mm:56% m+ g cosq<0.4 ISR g の排除 m g signal:73% BG:46% m q g t t 静止系 2018/11/15 学術創成評価委員会

15 tgm+g search （信号事象数の評価）
signal extraction: Unbinned Extended Maximum Likelihood fit likelihood function: PDFsig : signal MC の分布をスムージング PDFBG : side-band data 分布をLandau + Gaussian で再現 s,b : free parameter N: 観測されたイベント数 擬似実験によって得られたToyMC事象：９０％信頼度での信号数の上限値 （擬似実験の回数：１００００回） 2018/11/15 学術創成評価委員会

16 New result of tgm+g search
Belle(535fb-1) Analysis based on the previous one of 86fb-1 data sample more tight requirements to reduce BG remaining events: ev./86fb-1 g 94ev./535fb-1 signal detection eff.: 11% g 6.7% signal region: 5s box g 2s ellipse signal extraction: UEML fit result:s=-3.9, b= (allow negative s and its prob. 25%) Br<4.5x10-8 at 90%C.L. signal data blinded region projection 2D fit on Mmg-DE plane distribution in 2s band no signal events are found. preliminary 2018/11/15 学術創成評価委員会

17 Development of results of tgm+g
MSSM + seesaw Belle result BaBar result Excluded region New result old new Luminosity: fb g 535fb-1 (x 6.2) U.L. of Br: x g 4.5x10-8 (x 6.8) negative signal yield: forbidden g allowed 2018/11/15 学術創成評価委員会

18 Future prospect on tgmg
535fb-1 % 5ab-1 大体ルミノシティーのルートの 逆数に比例して下がる 30ab-1 のデータがあれば Brの上限値は 9x10-9程度 2018/11/15 学術創成評価委員会

19 New results of tge+g Br<12.0x10-8 at 90%CL Belle(535fb-1)
Analysis based on the previous one of 86fb-1 data sample more tight requirements to reduce BG remaining events: ev./86fb-1 g 54ev./535fb-1 signal detection eff.: 6.4% g 4.0% signal region: 5s box g 2s ellipse signal extraction: UEML fit result:s=-0.14, b=5.14 signal extraction:2D UEML fit in 2s ellipse Br<12.0x10-8 at 90%CL preliminary 2018/11/15 学術創成評価委員会

20 まとめ τLFV崩壊はBSM粒子が関わる現象/発見＝ＢＳＭの存在 ⇒μLFVよりは大きな確率で見える
　　⇒どの実験よりもt-LFV探索に有利な環境 tgmg / eg を Belle 実験で収集された 535fb-1のデータを 　　用いて探索（≒5x108 t-pair） 探索感度を上げるために事象選択の工夫 ２σ領域：10ev(mg),5ev(eg) 観測 Br(tgmg)<4.5x10-8, Br(tgeg)<1.2x10-7　　 ⇒上限値の下がり具合は徐々に鈍化 　　　→解析方法、測定方法などの改善 2018/11/15 学術創成評価委員会

21 tgmg tgeg Selection Criteria
added some requirements to those of previous analysis tgmg tgeg 2018/11/15 学術創成評価委員会

22 PDF for BG distributions, tt and mm
mmg ttMC These distributins are reproduced by Landau+Gauss function. We call them -0.5 0.2 0.0 0.5 DE(GeV) DE(GeV) 2018/11/15 学術創成評価委員会

23 どんなイベントができるのか？ u,d,s,c,b s(eedd)~0.8nb s(eess)~0.2nb s(eecc)~0.03nb
レプトン クォーク 2光子過程 e,m,t u,d,s,c,b s(eedd)~0.8nb s(eess)~0.2nb s(eecc)~0.03nb s(uu)~1.4nb s(dd)~0.4nb s(ss)~0.4nb s(cc)~1.3nb s(bb)~1.1nb s(mm)~1.0nb s(tt)~0.9nb s(bhabha)~124nb s(eeee)~41nb s(eemm)~19nb s(eeuu)~12nb 2018/11/15 学術創成評価委員会

24 performance of Belle Detector
momentum resolution gamma energy resulution m-ID (L>0.95,p>1.0GeV/c) eff:90% fake:0.8% e-ID (L>0.9,p>1.0GeV/c) eff:95% fake:0.1% 2018/11/15 学術創成評価委員会

25 2018/11/15 学術創成評価委員会

26 KEKBの記録 2018/11/15 学術創成評価委員会

27 Previous result of tgm+g search
BaBar(232fb-1) signal detection eff.: 9.4% not only 1-prong but 3-prong events in tag side; 8.8%g9.4% Neural Network selection beam energy constraint mass signal distribution: a 1D UEML fit with 2s DE band s= -2.2, b= 143 (prob. 30%) Br<6.8x10-8 at 90%CL PRL 95, (2005) 2018/11/15 学術創成評価委員会