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Satoshi MIHARA
Lepton Flavour Violationミューオン崩壊研究の歴史に学ぶ
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はじめに 荷電レプトン世代数非保存(cLFV)現象
未解明の問題が多い 未発見
見つからないなら無駄という代物ではない
最初の発見があった後どう進むか?
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cLFV探索の動機 時代ごとにその都度変化を見せる
当然最初はフレーバーの概念すらなかった 複数の種類のニュートリノが発見
破れてないという事実が新しい着想に結びついてきた
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年代記
Annu. Ref. Nucl. Part. Sci. 2008. 58:315-41W. J. Marciano, T.Mori, and J. M. Roney
ミューオンの発見
崩壊モードの研究 ミューオンはそれより軽い電子とガンマ線とにこわれるか?
初めてのµ→eγ探索
複数のニュートリノがいる 世代がある
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40年代のLFV実験初めてのµ→eγ探索
宇宙線ミューオンを使用
動機 “meson”eν仮説が実験と相違
eγ仮説の検証
結果 13 events/hourのµ崩壊を観測 µ→eγ崩壊は1 event/hour以下
104.2時間の測定
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50‐60年代のLFV実験 加速器によるミューオン生成の開始
Columbia Uni. Nevis CyclotronFrom the NEW YORK TIMES
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50‐60年代のLFV実験 Minutes of the 1954
Thanksgiving Meeting Heldat Chicago, Illinois,November 26-27, 1954 ほとんど記録がない…
mu-e covnersion limit 5x10-4
in 1955 at Nevis lab
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Br(µ→eγ)理論計算 1958
Br(µ→eγ)=(α/24π)N2≈10-4
当時のリミット2x10-5と矛盾
2種類のニュートリノが存在 Nishijima Schwinger Bludeman Oneda &Pati
Phys. Rev. 110, 1482 (1958)Decays of the µ Meson in theIntermediate-Meson TheoryG. Feinberg
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1962 ミューオンニュートリノ≠電子ニュートリノ
cLFV探索冬の時代が到来 あえて行われた実験もある
電子、電子ν、正ミューオン、反ミューオンνに+1 これらの反粒子に‐1を、それ以外には0をアサインする
Phys. Rev. Lett. 9, 36 (1962)G. Danby, J-M. Gaillard, K. Goulianos, L. M. Lederman,N. Mistry, M. Schwartz, and J. Steinberger
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70年前後…
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70年代 LFV探索の復興期
Meson Factoryの稼動 LAMPF SIN(現PSI) TRIUMF
実験技術の “飛躍的”発展 スペクトロメーター
エレクトロニクス
LAMPF: a dream and gambleBy Louis Rosen as told to Nancy Schera
CERN Courier Arichive 1999
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µ→eγ発見? 1977年 PSI
立て続けに24編の理論の論文 新たに2つの実験
TRIUMF, LAMPF
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噂の真偽を確かめる
LAMPF実験 2.7x1012 muon stop
2.4x106 muon/sec in average 1% acceptance Br < 1.7x10-10 at 90% C.L.
検出器キャリブレーション
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80年代 SINDRUM and Crystal Box
ソレノイド磁石を使用した大立体角スペクトロメータ
SINDRUM NP B299 (1988) 1
µ→eee at SINBr < 1.0x10-12
µ→eγ at LAMPFBr < 4.9x10-11
Crystal Box PRD 38 (1988) 2077
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今どきのLFV実験 SINDRUM II VS MEGA
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Results SINDRUM II
Published resultB(µ-+Au e-+ Au)<7x10-13
MEGA
Br < 1.2x10-11 (PRD 65, 112002) With relaxed constrained in the pattern
recognition One candidate 2.3x10-12
Large positron χ2
“indicative of a ghost track”
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MEGA Cut Analysis
inner
outer
R. Tribble, Seminar at ICEPP, 1999
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今どきのLFV実験 MEG
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今どきのLFV実験 MEG MEG
Crystal Box, MEGA, SINDRUM IIから多くを学ばせてもらう DC beam Photon Detector Positron Spectrometer Data Acquisition
Crystal Box
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キセノン検出器 Active volume ~800l is surrounded by PMTs on all faces 846 PMTs in the liquid No segmentation Energy
All PMT outputs Position
PMTs on the inner face Timing
Averaging of signal arrival time of selected PMTs
γ
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陽電子スペクトロメータ
![Page 22: Lepton Flavour Violation - KEKBy Louis Rosen as told to Nancy Schera CERN Courier Arichive 1999 µ→eγ発見? 1977年 PSI 立て続けに24編の理論の論文 新たに2つの実験](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081621/612062aa8626a629010e6c44/html5/thumbnails/22.jpg)
全ての波形データを取得 独自のWFD DRS2 1.6GHz sampling
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Xenon Detector Performance
MEG Run 2007 & 2008
σup = 2.4%FWHM = 6.5%
•CEX process•π-pπ0n
•π0(28MeV/c) γ γ•54.9 MeV < E(γ) < 82.9 MeV
Very Preliminary
Very Preliminary
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MEG Run 2007 & 2008 Time resolution
Need new WFD for further improvement DRS4 chip production completed
280ps
RUN2007
195ps(σ)
RUN2008
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T.Mori MEG review meeting Feb 08
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これからのLFV実験
偏極MEG mu-e conversion BGはアクシデンタル
BGが最も多い Radiative decay γ
偏極ビーム
SINDRUM IIの“悲運”
大強度パルスµビーム更なる探索は可能
良質ビームがカギ 純度
µ
γ
eAL? AR? ? ?
Kuno and Okada, PRL77(1996)434
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Comments on µ→eee SINDRUMの後アップデートがない
行き着くところまで行き着いているからか?
単独で測ってcLFVを発見するには予想分岐比が低すぎる µ→eγとの比 µ偏極の向きに対する様々なアシンメトリィ
Y.Okada, K.Okumura, Y.Shimizu PR D61 (2000)094001
A few MeV ~ 50MeVくらいの(陽)電子を精度よく測る方法が必要
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近未来にどこまで行けるか? ターゲットで生成された表面ミューオンを使うなら
109Hz台がおそらく限界 ターゲット
放射線対策
108秒(~10年)なら実験できる(たぶん)
10-15~-17が限界?
1.2MW beam30% loss taget
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LFV τ decay searches at B-factories
BelleBelle BaBarBaBar BelleBelle BaBarBaBar
UL90(10-7)
Lum(fb-1)
UL90(10-7)
Lum(fb-1)
UL90(10-7)
Lum(fb-1)
UL90(10-7)
Lum(fb-1)
µγ 0.5 535 0.7 232 eπ0 0.8 401 1.3 339eγ 1.2 535 1.1 232 3l 2-4
0.2-0.487
5351-3
0.4-0.892
376µη 0.7 401 1.5 339 lhh 2-16 158 1-5 221µη’ 1.3 401 1.3 339 µV0 2.8-7.7
0.6-1.3158543 1.0(µω) 384
µπ0 1.2 401 1.5 339 eV0 3.0-7.30.6-1.8
158543 1.1(eω) 384
eη 0.9 401 1.6 339 µf0 0.33 671eη’ 1.6 401 2.4 339 ef0 0.34 671
K.Inami at 2008/4 International workshop e+e- collisions from phi to psi
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まとめ そろそろ見つかる(つもりでやっている)
ただちに別なプロセスで現象の確認を!
未発見であることも大きな“発見”
惑わない
見つからない実験の苦痛
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End of Presentation
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SINDRUM physics motivation
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MEGA
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MEG Positron Tracking