Determination of the number of light neutrino species

Takahiro Honda

AlEPH in LEP

ALEPH測定器 Z共鳴の精密測定に使用された測定機の一つ。

内側から 半導体検出器 内軌跡検出器 TPC 電磁カロリメター 超電導コイル ハドロンカロリメター

ミューオンチェンバー

それぞれの役割

半導体検出器 反応直後の崩壊点の測定

内軌跡検出器 軌跡検出器。短寿命粒子の崩壊を測定する場所。

TPC（ Time Projection Chamber） 軌跡測定。粒子同定

電磁カロリメター 電子、光子のエネルギーを測定

ハドロンカロリメター ハドロンのエネルギーを測定

ミューオンチェンバー ミューオンを検出する

内軌跡検出器

Performance σ_rΦ= 150 μm σ_z=7 cm

Time Projection Chamber

Performance rΦ resolution ： 180μm z resolution : 1.2mm (wires) ,0.

8mm (pads) dE/dx resolution : 4.5% Momentum resolution :

TPC only : 1.2x10^-3 (c/GeV) ITC + TPC : 0.8x10^-3 (c/GeV)

電磁カロリメター

Gas Xe,CO2 (80% : 20%)

Performance Energy resolution : σ/E= 0.01+0.18/√E(GeV) Angular resolution : σ_Φ=0.32+2.7/√E mrad

ハドロンカロリメター

Gas Ar, CO2, Isobutane (12.5% : 56.5% : 30%)

Performance Energy resolution : σ/E = 84%/√E

TPC の構造 r : 粒子が通過した際に生じる電

子イオンが陽極に到達すると信号が送られ、半径座標が分かる。

Φ : パッドに誘起された電圧を読み取れば陽極ワイヤーと垂直方向の座標が分かる。

Z : 陽極に到達する時間から Z座標が分かる .

イオン化欠損 : 陽極での信号の大きさは、粒子の注入ガスとの相互作用によるエネルギー損失に比例する。この性質を使う事で dE/dx を求められる。

TPCでの粒子同定 TPC では粒子の飛跡及び、イオン化損失を測定できる為粒子

の同定ができる。 イオン化損失（ｄ E/dx ）：粒子が通過した際にガス中でイ

オン化がおこり、それによる荷電粒子のエネルギー損失。 同じ運動量では質量が大きほど dE/dx は大きい。また、運動量が低い領域では縦軸に漸近するように急激に変化する。

粒子の運動量を横軸、イオン化損失を縦軸にとると粒子の種類により図のような特徴が表れる。

イベントの選定 TPC （ハドロンイベント）

荷電粒子数：５ 荷電粒子のエネルギー：重心エネルギーの１０％ Polar angle 　が１８．２ ° 以上

カロリメター（ハドロン＋ τ イベント） 全吸収エネルギーが２０ GeV 以上 ECAL での吸収エネルギーがバレルで６ GeV 以上、もしくはエンドキャップで１．５ GeV 以上

タイミングカット：宇宙線を排除

Zの崩壊とニュートリノの種類 LEPのような電子、陽電子衝突型の加速器実験では、 Zの崩壊幅を精度良く見ることができる。

この実験では Zがフェルミオンペアに崩壊する際の断面積をTPC、カロリメターの二つで独立に測定し、高い精度を実現した。

Z共鳴のデータ点を Zの質量、崩壊幅、ピーク断面積を自由変数にしてフィットした。

次に Zの質量、ニュートリノの種類を自由変数にしてフィットし、ニュートリノの世代数を決定した。

e

e

f

f

30.027.3 ±=νN

まとめ軽いニュートリノの数が４である可能性は

98％の信頼度で除外され、故に軽いニュートリノの数は３であると結論づけられる。

しかし、この実験ではタイトルにあるように質量が Zの１ /２を超えるような場合は想定していないため、重い第４のニュートリノが存在する可能性は否定できない。

sphericity

ジェットがどのような広がりを持つのかを定量的に判断できる。 Jetの運動量

すべての矢印の先に同質量の重りを付ける

I3

I1

I2

各軸の方向で慣性モーメントを計算する。その中で一番小さいものを Iminと置く。

321

min3

III

IS

++=

S=０なら細いジェット。 S=１なら球形に広がるジェットを意味する。