Precision Test on Lepton Universality Violation with Large High-Resolution Liquid Xenon Detector

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H00154
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 15:Particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Mori Toshinori 東京大学, 素粒子物理国際研究センター, 教授 (90220011)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岩本 敏幸 東京大学, 素粒子物理国際研究センター, 助教 (20376700) ; 内山 雄祐 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 助教 (90580241)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: レプトン普遍性 / 液体キセノン測定器 / パイ中間子崩壊 / PSI / MEG II 実験 / PIONEER実験

Outline of Final Research Achievements

All interactions acting on leptons (electrons, muons, and taus) are considered exactly the same thanks to Gauge Symmetry. This is called Lepton Universality. But Lepton Universality could be violated if unknown new particles such as charged Higgs bosons exist. A precise examination of Lepton Universality thus enables an extremely sensitive search for new physics beyond Standard Model, which could even exceed the capabilities of large collider experiments. In this research a new experimental proposal, based on high resolution liquid xenon detector developed for the successful MEG experiment, has been developed to make an unprecedented 0.01% verification of Lepton Universality in rare pion decays. The proposed experiment was approved in January 2022 for execution at Paul Scherrer Institute in Switzerland.

Free Research Field

素粒子物理学実験

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

レプトン普遍性は素粒子物理学の基本原理の一つであるゲージ対称性によって正確に成り立っていると考えられているが、それを巧みな実験技術を駆使することにより、かつてない0.01%という精度で検証する実験を提案した。この実験は既に承認されており、その実施により、コライダー実験でも到達できない超高エネルギーに存在する新物理を探ることが可能となった。