Satoshi MIHARA

Lepton Flavour Violationミューオン崩壊研究の歴史に学ぶ

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?

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

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

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

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

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

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

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

70年前後…

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

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

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

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

今どきのLFV実験 SINDRUM II　VS　MEGA

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”

MEGA Cut Analysis

inner

outer

R. Tribble, Seminar at ICEPP, 1999

今どきのLFV実験　MEG

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

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

陽電子スペクトロメータ

全ての波形データを取得 独自のWFD DRS2 1.6GHz sampling

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

MEG Run 2007 & 2008 Time resolution

Need new WFD for further improvement DRS4 chip production completed

280ps

RUN2007

195ps(σ) ‏

RUN2008

T.Mori MEG review meeting Feb 08

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

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

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

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

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

End of Presentation

SINDRUM physics motivation

MEGA

MEG Positron Tracking