New Limit for the Lepton-Family-Number Nonconserving Decay μ+→e+γ

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1 New Limit for the Lepton-Family-Number Nonconserving Decay μ+→e+γ
2009/07/21 Zenmei Suzuki

2 Introduction レプトン数が保存しないミューオンの崩壊μ+→e+γの 分岐比の上限を求めることを目的とする。
　分岐比の上限を求めることを目的とする。 MEGA experiment at LAMPF New Mexico

3 MEGA detector ① the superconducting solenoidal coils 1.5T
② surface muon beam 29 MeV/c nearly 100% porlarized ③ the positron scintillators ④ the muon stopping target 76μm Mylar foil ⑤ the positron dwarf MWPCs ⑥ the Snow White MWPC ⑦ the photon spectrometer ⑧ the internal bremstrahlung detectors ④ 82.8° beam target

4 Positron detector ① the lead and heavymet terminus for the positrons
② the Snow White MWPC ③ the dwarf MWPCs ④ the positron scintillators これらのMWPCの厚さはenergy lossを最小に抑えるためにradiation lengthの3×10-4倍の厚さになっている。

5 Photon detector Drift chamber wires 250μm Pb conversion foils
MWPC wires scintillator これを1層として3層 設置されている

6 Event  目的とするシグナル。Lepton Flavour Violation (LFV) が起きている。
e+,γのエネルギーは52.8MeV。  μが最も多く起こす反応  Internal bremsstrahlung (IB) 上の反応に加えて制動放射を起こしてγを放出する反応。

7 Signal and Background Physical Background Accidental Background Signal

8 Event それぞれのイベントは以下の5つのパラメータによって特徴づけられる。 Eγ：photon energy
Ee：positron energy teγ：relative time between e+ and γ θeγ：opening angle Δθz：photon traceback angle

9 Auxiliary measurements
検出器のacceptanceやresponse functionはMC simulationによって算出されているが、そのMCの計算をより確かなものにするために、数多くの補助的な測定が行われている。 その中でも重要なものとして、 の2つが挙げられる。 process the prompt e-γ coincidence signal from IB decay

10 特に、2つの光子のopening angleが最小値173.5°をとるとき、そのエネルギーはそれぞれ54.9,83.0MeVとなる。
process この反応では54.9~83.0MeVの光子が発生する。 特に、2つの光子のopening angleが最小値173.5°をとるとき、そのエネルギーはそれぞれ54.9,83.0MeVとなる。 データ点：54.9MeVのγを52.8MeVにスケールしたもの Curve：μ+→e+γの解析で使われているMCから作られたrespons function Resolution(FWHM) The inner Pb layers 5.7% The outer Pb layers 3.3%

11 the prompt e-γ coincidence signal from IB decay
この測定では実際にcoincident e-γ のイベントを検出する。 Nminal beam intensityではrandom coincidenceに紛れてしまうので、beam intensityを1/60、磁場を25%減にしている。 Photon-positron resolution σ = 0.77 ns MC: σ = 0.68ns

12 The photon traceback angle Δθz
光子の原点は陽電子とターゲットの交点で決定される。 光子のpolar angleは、以下の2通りの方法で求められる。 崩壊点とPbによるconversion pointを結ぶ e+-e-ペアをreconstructする この2通りの方法で求めたpolar angleの差をΔθzとする。 このΔθzの分解能はPbでの多重散乱の度合いで決まる。 The traceback resolutions The inner Pb layers σ = rad The outer Pb layers σ = rad

13 The resolution of Ee Eeの分解能はμ+→e+ννのspectrumのcutoffのslopeで決まる。
このslopeはトラックの”topology”（磁場によるループの数、 通過したチェンバーの数）によって決まる。 ここでは、そのtopologyを3つのグループに分けて計算する。 実線はデータのフィット、破線はそれを線形に対応させたもの。 3つのtopology groupのそれぞれのσの値は σ = 0.21, 0.23, 0.36 MeV Middle topology group

14 Experiment 1993~1995 (three calendar years) 1.2×1014 muon stops
convoluting with the acceptance　⇒　2.3±0.2×10-12 = 1/Nμ 8×106 s of live time result in 4.5×108 event cut Positronとphotonにそれぞれχν2カット target planeから5°以内に出たpositronは除外 signal kinematicsで緩いカット 3971 event = N

15 Result likelihood The peak of likelihood Neγ = 0 NIB = 30±8±15
Previous experiment 4.9×10-11

16 MEG Experiment 磁場はビーム軸をz軸とすると、zの増加に対して減少していく
1.27 T at z = 0 m, 0.49 T at z = 1.25 m

17 MEG Experiment Detector Performances

18 MEG Experiment Typical exaple of accidental background events
Engineering Run in October 2007