Search for time reversal symmetry violation using single top production and decay

Research Project

Project/Area Number	20K03990
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
Research Institution	Kyushu University
Principal Investigator	織田勧九州大学, 理学研究院, 助教 (10613515)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2021-03-31
Project Status	Discontinued (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help	¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000) Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000) Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000) Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords	時間反転対称性 / トップクォーク / LHC加速器 / 標準模型を超える新物理 / 宇宙の物質と反物質の非対称性
Outline of Research at the Start	時間反転(T)対称性は物理学の基本的な対称性である。弱い相互作用ではT対称性が破れていると期待されているが、中性K中間子での一例しか知られていない。トップ(t)クォークが単一生成される時、tクォークは、約90%と大きな偏極度を持つ。この偏極したtクォークがボトム(b)クォークとWボソンに崩壊し、Wボソンが荷電レプトンとニュートリノに崩壊する事象を用いる。bクォークと荷電レプトンの運動量ベクトルと、tクォークの偏極ベクトルとの三重積は奇のT変換をするので、崩壊確率がこの三重積に依存すれば、tクォークの崩壊でT対称性は破れていることになる。ATLAS実験でこのtクォークのT対称性の破れを探索する。
Outline of Annual Research Achievements	本研究は世界で初めてトップクォーク単一生成を用いた時間反転対称性の破れを探索するものであった。他の基本対称性と比べると、時間反転対称性とその破れは実験的にも理論的にも研究は少ない。そのため、破れの探索の意義があるかどうかを文献調査することで検討した。標準模型の枠組みでCP対称性の破れを生み出しているカビボ・小林・益川行列は湯川結合に起因しており、トップクォークはほぼ1のとても大きな湯川結合を持つ。トップクォークはハドロンにはならないので、中間子混合は起きず、崩壊の際の時間反転対称性の破れのみを探索できる。時間反転対称性の破れの探索を妨害する一つの現象が、偽のゼロでない時間反転奇(T-odd)の相関を生み出す終状態相互作用(FSI)である。トップクォークがボトムクォークとWボソンに崩壊し、Wボソンが荷電レプトンとニュートリノに崩壊する過程は強い相互作用のFSIはなく、電磁相互作用のFSIのみである。陽子陽子衝突であるので、全体のハドロン化の際の強い相互作用のFSIはあるであろうが、小さいと期待できる。理論計算は存在しないため、FSIはないと仮定して、ATLAS実験で取得したRun 2実験のデータとそれに対応するモンテカルロ・シミュレーションを解析するのが良いと考えた。また、この研究で用いたいt-チャンネルでのトップクォークの単一生成の解析がトップクォークの偏極度を測定するために行われており、相乗りして本研究を行えば良いことがわかった。しかし、九州大学を退職したため、研究は途絶することになった。