1 / 41

Belle 実験の最新結果 （ 2008 年夏）

Belle 実験の最新結果 （ 2008 年夏）. 2008 年 8 月 5 日 宮林謙吉 （奈良女子大学理学部） KEK 機構内セミナー For Belle collaboration. お品書き. イントロダクション 風変わり（エキゾチック）なハドロンの話題 CP 非保存 (B 0 →K 0  0 ) 稀崩壊 (B→K (*) l + l - ) まとめ 途中、　　は「素人向け」、　　は「玄人向け」. 素. 玄. 素. イントロダクション. 加速器での「素粒子の調べ」は、自然が仕込んだ「 iPod shuffle 」を鑑賞するようなもの

derora
Download Presentation

Belle 実験の最新結果 （ 2008 年夏）

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Belle実験の最新結果（2008年夏） 2008年8月5日 宮林謙吉 （奈良女子大学理学部） KEK機構内セミナー For Belle collaboration

  2. お品書き • イントロダクション • 風変わり（エキゾチック）なハドロンの話題 • CP非保存(B0→K00) • 稀崩壊(B→K(*)l+l-) • まとめ 途中、　　は「素人向け」、　　は「玄人向け」 素 玄

  3. 素 イントロダクション • 加速器での「素粒子の調べ」は、自然が仕込んだ「iPod shuffle」を鑑賞するようなもの • 電子ビームと陽電子ビームが衝突するたび、どんな反応＝事象(event)が生じるかは確率的。 • 音程（＝質量）はいくらか？　音色（＝崩壊幅）は？　曲目（＝崩壊モード）はどんなものがあるか？ =

  4. 素 量子力学と相対論の１ページ復習 「電子、陽子といった粒子も波としての性質を持つ」 E = h E:エネルギー、h:プランク定数、 :振動数 「質量とエネルギーは等価である」 E = mc2 E:エネルギー、m:質量、c:光速 ただし、運動量pも考慮すると E2 = (mc2)2 + (pc)2

  5. 質量スペクトルで粒子を観測する 素 振幅の大きさ 音叉は単一の サインカーブを出す 振動数 440Hz 事象数 幅：測定精度or 寿命の逆数 QとSを検出器でとらえてエネルギーと運動量を測ったら、Pの崩壊から来たものかどうか、質量を計算して考察 (mc2)2 = E2 - (pc)2 注:エネルギー、運動量の保存 Q P S QS質量 MP

  6. 振動数（=質量）が互いに重なった複数の成分には注意が必要振動数（=質量）が互いに重なった複数の成分には注意が必要 素 • ラジオも、二つの局が互いに重なった周波数で放送すると混信。 • 波の重ね合わせ（干渉）は、位相差により、強め合うとき(constructive interference)と、弱め合う場合(destructive interference)がある。位相差を考慮した手法(Dalitz解析)が有効。 観測された波が青と赤の 波の弱め合う干渉であるとき 観測された波が青と赤の 波の強め合う干渉であるとき

  7. KEKB 加速器 Lum./day 1fb-1/day 800fb-1 Int. lum. 8GeV(e-)X3.5GeV(e+)、世界最高のルミノシティ(輝度) 最新結果はΥ(4S):605fb-1、Υ(5S):22fb-1 + エネルギースキャンのデータを解析

  8. Belle測定器 Aerogel Cerenkov Time Of Flight CsI calorimeter S.C. solenoid 1.5T 3.5GeV e+ 8GeV e- Central Drift Chamber Silicon Vertex Detector KL μ system 汎用で粒子識別能力に優れた高分解能スペクトロメーター

  9. ハドロン(hadron) 素 • 構成要素としてクォークを含む粒子 • これまでに知られているハドロンは、 • 陽子や中性子のようにクォーク３つからなるバリオン • Kやのようにクォーク・反クォークからなるメソン • のいずれかであった。

  10. 風変わり（エキゾチック）なハドロン qq(メソン)、qqq(バリオン)でないものも可能性あり。 ペンタクオーク: e.g. an S=+1 バリオン グルーボール: gluon-gluon color singlet states テトラクオーク: qq-gluonハイブリッド d u u d s u c u c c c

  11. 構成要素としてcやbを含むと • 軽いクォーク(u,d,s)は混ざる場合があるが 重いクオーク(Mc~1.5GeV、 Mb~5GeV)なので混ざらない。 • 特にccの場合、J/(ccの1S束縛状態)や’(2S束縛状態)はe+e-や+-に崩壊してくれるので、実験データ中に明瞭な信号を得やすい。bbの場合も、Υ(1S)、 Υ(2S)、 Υ(3S)は+-への崩壊が使える。 → →’ 例： 玄

  12. テトラクォークの場合は • ccuu, ccddであれば中性だが、ccudのような組み合わせならば電荷を持つ。 • ccを含み、電荷をもつハドロンの探索が興味深い。 d c u c d c u u d c c c 電気的に中性 電荷１を持つ

  13. 電荷を持ちccを含む二つの新粒子、Z1, Z2の発見

  14. B中間子の崩壊におけるccを含むハドロンの生成B中間子の崩壊におけるccを含むハドロンの生成 B中間子の崩壊過程はccを含むハドロンの源として使える。 カビボ抑制なし (Vcbと Vcs)→崩壊分岐比は割合高い。 玄 Spectroscopy （分光学的研究） ↓ 質量, 幅? 新しい状態は? B K, K*

  15. チャーモニウム(通常のcc束縛状態) 玄 DD生成閾値を超す質量のものはいまだよくわかっていない。 DDやDD*への崩壊は強い相互作用で起きるので、これらが支配的になり、崩壊幅が広くなる、というのが旧来の常識。 ’ これらの状態はすでに 同定されている。 J/ c

  16. チャーモニウムの再構成 J/y→レプトン対という過程は、質量分布の中に明瞭なピーク m+m- e+e-

  17. チャーモニウムの再構成(続) cc1, cc2 → J/y g y(2S) → J/yp+p- cc1 cc2 高いエネルギー準位のもの(y(2S), cc)は 質量差分布のピークを利用

  18. B中間子崩壊の再構成 Example; B0→ J/y KS Υ(4S)→ BB 二体反応の運動学を利用 Mbc = { (ECM/2)2 - (S Pi)2}1/2 信号はB質量にピーク (5.28GeV) DE = S Ei - ECM/2 信号はゼロにピーク DE(GeV) Mbc(GeV)

  19. 復習：ccを含むエキゾチックハドロンをB中間子崩壊中に探す復習：ccを含むエキゾチックハドロンをB中間子崩壊中に探す X(3872)は B→ J/+- K崩壊で J/+-の質量分布に ピークとして出現 荷電テトラクォークの中には、チャーモニウムと荷電パイ中間子に崩壊するものがいるのでは？ B→チャーモニウム ± Kで チャーモニウム ±の質量分布にピークを探そう！

  20. 復習：B→Z(4430)±Kの観測 ’±K(K はK∓または KS) の組み合わせでB中間子を再構成 ’ はe+e-, +-または J/+-で見つけられる。 B→ ’±Kの信号は比較的きれいなピークとして観測される。 ありふれた崩壊モードであるB→ ’K* がいっぱい入ってるので、Dalitz平面上の分布をチェック。 PRL100,142001 (2008)

  21. 復習：Dalitz 分布 ここに事象の集中がある。 これは何だ？ M2(’) K*2(1430) K*(892) PRL100,142001 (2008) M2(K)

  22. B→ ’±K過程のM(’ ± 4430MeV/c2に明瞭なピークあり (発見者は Z(4430)と命名)! フィット : Breit-Wigner (ピーク部分) +位相空間分布. Npeak=121±30events(6.5) M=4433±4±2 MeV/c2 =44 +18/-13 +30/-13 MeV. これはccを含むハドロンのうち、電荷を持つ状態をはじめて観測したもの！ チャーモニウムではあり得ず、 荷電テトラクォークである公算が高いと思われる。 スピンやパリティを決定するには、さらに実験データの蓄積が必要 玄 E サイドバンド領域の分布で 見積もったバックグラウンド PRL100,142001 (2008)

  23. 柳の下に二匹目のどじょう（？） Z(4430)+はB→ ’±K過程で、’の質量分布にピークとして発見。 ’のかわりにc1を用いて同じことをしたらどうなるであろうか？ B0→ c1±K∓過程の信号は明瞭に得られる Belle preliminary ではDalitz平面上の分布は？ arXiv:0806.4098

  24. Dalitz分布 Belle preliminary このあたりに事象の集中 がある。 これは一体何だろう？ K*(1430) K*(892) arXiv:0806.4098

  25. Dalitz解析 玄 • B0→ c1±K∓崩壊に寄与する様々な過程の波動関数（=遷移振幅）をDalitz平面上の関数として入れる。 • B0→ c1K*, K*→ ±K∓の類； , K*(892), K*0(1430), K*2(1430), K*(1680), K*3(1780) • B0→Z K∓, Z→ c1±の類； Zは一つでよいか？近接した二つが重なり合っていないか？ • 上記のDalitz平面上の関数を用いてフィット（=最尤度法）

  26. Zなし、or 一つのZ 1.0GeV2<MK2<1.75GeV2 Belle preliminary 一つのZを仮定 Zなしの仮定 データを再現できず 二つの 近接したピーク？ Events/0.2GeV2 Events/0.2GeV2 M(c1)2 (GeV2) M(c1)2 (GeV2) arXiv:0806.4098

  27. M(c1±)分布 1.0GeV2<MK2<1.75GeV2 Belle preliminary 実験データは二つのc1±に崩壊する粒子が存在することを強く示唆；Z1とZ2 c1±に崩壊する粒子が存在しない仮定でのフィットは実験データを再現できず。 Z1とZ2 arXiv:0806.4098

  28. Z1, Z2の結果まとめ Belle preliminary • Z1 M=4051 ±14(stat) +20/-41(syst) MeV =82 +21/-17(stat) +47/-22(syst) MeV Br(B0→Z1±K∓)×Br(Z1± → c1±) =(3.0 +1.5/-0.8(stat) +3.7/-1.6(syst))×10-5 • Z2 M=4248 +44/-29(stat) +180/-35(syst) MeV =177 +54/-39(stat) +316/-61(syst) MeV Br(B0→Z2±K∓)×Br(Z2± → c1±) =(4.0 +2.3/-0.9(stat) +19.7/-0.5(syst))×10-5 柳の下に、二匹もどじょうが！！ arXiv:0806.4098

  29. Yb:bクォーク対を含む新しいハドロン

  30. 復習：ccを含む”Y”粒子 衝突直前のe+（またはe-）が光子を放出、有効な衝突エネルギーが下がって生じる反応がある。Radiative return、またはInitial State Radiation(ISR)と呼ばれる。 ccを含んで 重いのにJ/に崩壊する。 bbでも同様の粒子(Yb)がいるか？ BaBar:”Y(4260)” PRL95,142001 Belle:”Two Ys, 4.05GeV and 4.25GeV” PRL99,182004

  31. ”Υ(5S)”→Υ(nS)+- (n=1,2,..) Υ(4S)→B0B0, B+B- Υ(5S)→B0B0, B+B-, BSBS など B中間子の類の対生成が支配的で、その他の過程の存在はBファクトリー実験以前にはわかっていなかった。 しかし、Bファクトリーの高統計データにより（→次頁） ハドロン生成全断面積 “Υ(5S)” 重心系エネルギー

  32. ”Υ(5S)”→Υ(nS)+-（続き） Υ(4S)→ Υ(1S)+-, Υ(2S)+-, Υ(3S)+-が存在することがわかった(PRD75,071103R)。 ”Υ(5S)”→ Υ(nS)+-も測定したところ、 ”Υ(5S)” ISR ”Υ(5S)”→ Υ(1S)+-, Υ(2S)+-はΥ(4S)などの場合とくらべて数十倍も大きい！(PRL100,112002)

  33. これは一体どういうことか？ 終状態（＝曲目）をΥ(1S)+-, Υ(2S)+-に限ると、 Υ(5S) (bbの束縛状態)とほぼ同じ質量のもう一つの粒子Ybが作られて、重なり合っているのでは？ （＝ほぼ同じ音程で、その曲だけ得意な演奏者が隠れている？） Υ（1S） Υ（2S） B0B0, B+B-, BSBS, … Belle Yb Υ（5S） 重心系エネルギーを10.689GeVの近傍で変えながらデータ収集 （=YbとΥ(5S) の音色の違いを調べたい）=エネルギースキャン

  34. エネルギースキャンの結果 Belle preliminary BB、BSBSなど”全曲目” 既知のΥ(5S)（あるいはΥ(6S) ）データと無矛盾。 Υ(ns)に限ると、ピーク位置(=最も得意な音程)と幅(=音色)が 既知のΥと違っている！ M=10889.6±1.8(stat)±1.5(syst) MeV =54.7+8.5/-7.2(stat)±2.5(syst) MeV Ybがいた！

  35. B→KのCP非保存 中性B中間子と荷電B中間子で、CP非保存が異なる。 (Nature452,332) 標準模型を超える物理の探索には、B0→K00のCP非保存との関連を議論するのがよい（Sum Rule：Gronau, PLB627,82, etc.） 玄

  36. B0→K00のCP非保存 Belle preliminary KLp0 239± 47 evts 初挑戦！ KSp0 657± 37 evts SCP=+0.67±0.31(stat)±0.08(syst) ACP=+0.14±0.13(stat)±0.06(syst) Sum Ruleの予想では−0.151±0.043 スーパーBファクトリーで重要なテーマ 玄

  37. B → K(*)l+l- 玄 ループのあるファインマン図形で生じる→標準模型を超える物理に感度。 レプトン対の質量分布、角度分布などが新しい物理の探索に有用。 Belle preliminary K*l+l- : 230±23events K l+l- : 166±15events M(K) Mbc Mbc

  38. レプトン対質量2=q2分布 Belle preliminary K*l+l- Kl+l- -- Belle, 08’ ICHEP -- BABAR, 08’ FPCP -- Melikhov et. al (quark model, PLB 410, 1997) -- Ali (PRD 66, 034002, 290, 2002) BaBarの結果、理論計算と無矛盾。

  39. レプトン角度分布 玄 Bl > /2 : 前方(Forward) Bl < /2 : 後方(Backward)

  40. AFB 標準模型の予言では、q2が小さい領域(4GeV2以下)の領域でAFBがマイナスになる。 一方、実験データはその領域でAFBがプラスである。 Belle preliminary 標準模型との矛盾を確認するにはさらにデータ必要 →スーパーBファクトリーで重要なテーマ

  41. まとめ • 新たに３つの風変わりなハドロンを発見した。 • Z1とZ2 : ccを含み、c1±に崩壊する。Z(4430)に続く荷電テトラクォーク候補。 • Yb : 質量10889.6 GeVで、Υ(nS)に崩壊、既知のΥ(5S)とは別物であるとエネルギースキャンで明らかに。 • B0→K00崩壊のCP非保存 • Sum Ruleの期待とACPが逆符号 • B→K(*)l+ l-のAFB • 標準模型とq2の小さい領域(<4GeV2)で符号が不一致 Belleの今秋冬と来年度のデータ、スーパーBファクトリーに希望が膨らむ成果となりました。

More Related