タウレプトン崩壊の精密測定によるステライルニュートリノの探索

• 研究課題/領域番号: 16H02175
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 相原 博昭 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 名誉教授 (60167773)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 45,760千円 (直接経費: 35,200千円、間接経費: 10,560千円); 2020年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円); 2019年度: 8,710千円 (直接経費: 6,700千円、間接経費: 2,010千円); 2018年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円); 2017年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円); 2016年度: 12,220千円 (直接経費: 9,400千円、間接経費: 2,820千円)
• キーワード: 素粒子実験 / Bファクトリー / タウレプトン / ニュートリノ

研究成果の概要

KEKB電子陽電子衝突型加速器から得られた高統計タウレプトン対データを使って、終状態が荷電パイ中間子、ニュートリノ、荷電レプトン対（電子陽電子対、あるいは、正ミューオン負ミューオン対）の4体からなるタウレプトンの稀崩壊を世界で始めて観測した。タウレプトンが荷電パイ中間子、ニュートリノ、電子陽電子対に崩壊する分岐比の測定結果は、(1.46-3.01)×10-5 であり、これは今日までに測定されているタウレプトン分岐比として最小である。さらに、タウレプトンが荷電パイ中間子、ニュートリノ、正ミューオン負ミューオン対に崩壊する分岐比については、1.14×10-5 の上限値を得た。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究対象であるタウレプトンの4体崩壊（終状態が荷電パイ中間子、ニュートリノ、荷電子陽電子対あるいは正ミューオン負ミューオン対）には、素粒子の標準理論では説明のつかないステライルニュートリノ（sterile neutrino）の存在が寄与する可能性がある。存在すれば測定分岐比が標準理論予想値から大きく異なるはずである。本研究で得られた測定値は標準理論予想値と誤差の範囲で一致しており、その結果質量が数十～数百電子ボルトの比較的重いステライルニュートリノの存在を否定し、標準理論を越える新しい素粒子モデルの構築に厳しい制限を与える。ステライルニュートリノ発見に向けた研究の着実一歩と位置づけられる。

研究成果

• [国際共同研究] Budker Institute of Nuclear Physics(ロシア連邦)
• [国際共同研究] University of Ljubljana(スロベニア)
• [国際共同研究] Bunker Institute of Nuclear Physics(ロシア連邦)
• [国際共同研究] Budker Institute of Nuclear Physics(ロシア連邦)
• [国際共同研究] Budker Institute of Nuclear Physics(ロシア連邦)
• [雑誌論文] Measurement of time-dependent C P violation parameters in B 0 → K 0 S K 0 S K 0 S decays at Belle (2021)
  • 著者名/発表者名: Kang K.H.、Park H.、Higuchi T.、Miyabayashi K.、Sumisawa K.、Adachi I.、Ahn J.K.、Aihara H. et al.
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 103 号: 3 ページ: 032003-032003
  • DOI: 10.1103/physrevd.103.032003
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Measurement of branching fractions of Λ+ c → ηΛπ+, ηΣ0π+, Λ(1670)π+, and ηΣ(1385) + (2021)
  • 著者名/発表者名: J. Y. Lee, K. Tanida, Y. Kato et.al. (Belle collaboration)
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 103 号: 5 ページ: 052005-052016
  • DOI: 10.1103/physrevd.103.052005
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Evidence for X(3872)→J/ψπ+π- Produced in Single-Tag Two-Photon Interactions (2021)
  • 著者名/発表者名: Teramoto Y., Uehara S., Masuda M., Miyabayashi K., et al., Belle Collaboration
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 126 号: 12 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1103/physrevlett.126.122001
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Search for the dark photon in B0 -> A’A’, A’ -> e+ e-, mu+ mu- and pi+pi- decays at Belle (2021)
  • 著者名/発表者名: S.-H. Park et. al. (Belle Collaboration)
  • 雑誌名: Journal of High Energy Physics 巻: 2104 号: 4 ページ: 194-194
  • DOI: 10.1007/jhep04(2021)191
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Measurement of the resonant and nonresonant branching ratios in Ξ 0 c → Ξ 0 K + K － (2021)
  • 著者名/発表者名: McNeil J.T.、Yelton J.、Bennett J.、Adachi I.、Adamczyk K.、Ahn J.K.、Aihara H. et al.
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 103 号: 11 ページ: 112002-112002
  • DOI: 10.1103/physrevd.103.112002
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] First determination of the spin and parity of the charmed-strange baryon Ξ c ( 2970 ) + (2021)
  • 著者名/発表者名: Moon T.J.、Tanida K.、Kato Y.、Kim S.K.、Adachi I.、Ahn J.K.、Aihara H. et al.
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 103 号: 11 ページ: 111101-111101
  • DOI: 10.1103/physrevd.103.l111101
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Measurement of the branching fraction of the decay B+ → π + π －l+ νl in fully reconstructed events at Belle (2021)
  • 著者名/発表者名: Bareno C.、Frey A.、Adachi I.、Aihara H. et al.
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 103 号: 11 ページ: 112001-112001
  • DOI: 10.1103/physrevd.103.112001
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] First search for the ηc2(1D) in B decays at Belle (2020)
  • 著者名/発表者名: The Belle collaboration、Adachi I.、Aihara H. et al.
  • 雑誌名: Journal of High Energy Physics 巻: 2020 号: 5 ページ: 034-034
  • DOI: 10.1007/jhep05(2020)034
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Evidence for a vector charmoniumlike state in e + e － → Ds+ D s2 (2573) - + c.c. (2020)
  • 著者名/発表者名: Jia S.、Shen C.P.、Adachi I.、Aihara H. et al.
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 101 号: 9 ページ: 091101-091101
  • DOI: 10.1103/physrevd.101.091101
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Update of inclusive cross sections of single and pairs of identified light charged hadrons (2020)
  • 著者名/発表者名: Seidl R.、Adachi I.、Aihara H. et al.
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 101 号: 9 ページ: 092004-092004
  • DOI: 10.1103/physrevd.101.092004
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Search for B0 decays to invisible final states ( + γ) at Belle (2020)
  • 著者名/発表者名: Ku Y.、Chang P.、Adachi I.、Adamczyk K.、Aihara H. et al.
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 102 号: 1 ページ: 012003-012003
  • DOI: 10.1103/physrevd.102.012003
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dalitz analysis of D0 → K－ π + η decays at Belle (2020)
  • 著者名/発表者名: Chen Y.Q.、Li L.K.、Yan W.B.、Adachi I.、Aihara H. et al.
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 102 号: 1 ページ: 012002-012002
  • DOI: 10.1103/physrevd.102.012002
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Performance of the Belle II Silicon Vertex Detector (2020)
  • 著者名/発表者名: H. Tanigawa, Belle-II SVD Collaboration
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 972 ページ: 164129-164129
  • DOI: 10.1016/j.nima.2020.164129
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Study of electromagnetic decays of orbitally excited Ξ baryons (2020)
  • 著者名/発表者名: Yelton J.、Adachi I.、Ahn J.K.、Aihara H. et al.
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 102 号: 7 ページ: 071103-071103
  • DOI: 10.1103/physrevd.102.071103
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Search for Axionlike Particles Produced in e+e- Collisions at Belle II (2020)
  • 著者名/発表者名: F. Abudinen et al. (Belle II Collaboration)
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 125 号: 16 ページ: 161806-161806
  • DOI: 10.1103/physrevlett.125.161806
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Search for a doubly charged D D K bound state in Υ ( 1S, 2S) inclusive decays and via direct production in e + e － collisions at √ s = 10.520 , 10.580, and 10.867 GeV (2020)
  • 著者名/発表者名: Li Y.、Jia S.、Shen C.P.、Adachi I.、Aihara H. et al.
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 102 号: 11 ページ: 112001-112001
  • DOI: 10.1103/physrevd.102.112001
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Search for transitions from Υ ( 4 S ) and Υ ( 5 S ) to η b ( 1 S ) and η b ( 2 S ) with emission of an ω meson (2020)
  • 著者名/発表者名: Oskin P.、Mizuk R.、Aihara H. et al.
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 102 号: 9 ページ: 092011-092011
  • DOI: 10.1103/physrevd.102.092011
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Search for lepton-number- and baryon-number-violating tau decays at Belle (2020)
  • 著者名/発表者名: Sahoo D.、Mohanty G.B.、Trabelsi K.、Adachi I.、Adamczyk K.、Aihara H. et al.
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 102 号: 11 ページ: 000010-000010
  • DOI: 10.1103/physrevd.102.111101
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Beam background study for the Belle II Silicon Vertex Detector (2020)
  • 著者名/発表者名: H. Tanigawa, Belle-II SVD Collaboration
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 982 ページ: 164580-164580
  • DOI: 10.1016/j.nima.2020.164580
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Observation of τ - → π- ν e+e- and search for τ - → π- νμ+μ- (2019)
  • 著者名/発表者名: Jin Y.、Aihara H.、Epifanov D.、Onuki Y. et al (Belle Collaboration)
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 100 号: 7 ページ: 071101-071101
  • DOI: 10.1103/physrevd.100.071101
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Measurement of the tau Michel parameters ηbar and ξκ in the radiative leptonic decay τ-→l-ννγ (2018)
  • 著者名/発表者名: N Shimizu, H Aihara, D Epifanov, et. al.
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 2 号: 2 ページ: 1-1
  • DOI: 10.1093/ptep/pty003
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Study of five-body leptonic decays of tau at Belle experiment (2017)
  • 著者名/発表者名: Sasaki Junya、Belle Collaboration
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 912 ページ: 012002-012002
  • DOI: 10.1088/1742-6596/912/1/012002
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Study of τ- → π- l + l - ντ at Belle (2017)
  • 著者名/発表者名: Jin Yifan
  • 雑誌名: Nuclear and Particle Physics Proceedings 巻: 287-288 ページ: 215-217
  • DOI: 10.1016/j.nuclphysbps.2017.03.080
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Study of tau five-body leptonic decays at Belle (2017)
  • 著者名/発表者名: Sasaki Junya
  • 雑誌名: Nuclear and Particle Physics Proceedings 巻: 287-288 ページ: 212-214
  • DOI: 10.1016/j.nuclphysbps.2017.03.079
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] New Physics search in rare τ decays at Belle and prospects at Belle II (2017)
  • 著者名/発表者名: Shimizu Nobuhiro、BELLE Collaboration
  • 雑誌名: Proceedings of Science (FPCP2016) 巻: - ページ: 022-022
  • DOI: 10.22323/1.280.0022
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Study of a pure CsI crystal readout by APD for Belle II endcap ECL upgrade (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Jin, H. Aihara, O. V. Borshchev, D. A. Epi- fanov, S. A. Ponomarenko, and N. M. Surin
  • 雑誌名: Nucl.Instrum. Meth. A 巻: 824 ページ: 691-692
  • DOI: 10.1016/j.nima.2015.07.034
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Particle physics at the high energy frontier with the next electron-positron collider (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Aihara
  • 学会等名: The Tenth International Accelerator Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Study of five-body leptonic decays at Belle (2017)
  • 著者名/発表者名: Junya Sasaki
  • 学会等名: mini-Workshop on Tau lepton Physics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Study of the Lorentz structure of tau decays at Belle (2017)
  • 著者名/発表者名: Junya Sasaki
  • 学会等名: Particles and Nuclei International Conference 2017
• [学会発表] A scintillation counter consisting of a pure CsI crystal, WLS and APD for Belle II (2016)
  • 著者名/発表者名: Yifan Jin
  • 学会等名: 38th International Conference on High Energy Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Study of τ- → π-l+l-ντ at Belle (2016)
  • 著者名/発表者名: Yifan Jin
  • 学会等名: The 14th International Workshop on Tau Lepton Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Study of five-body leptonic decays of tau at Belle (2016)
  • 著者名/発表者名: Junya Sasaki
  • 学会等名: The 14th International Workshop on Tau Lepton Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Measurement of the Michel parameters (ηbar, ξκ) in the radiative leptonic decay of τ (2016)
  • 著者名/発表者名: Nobuhiro Shimizu
  • 学会等名: The 14th International Workshop on Tau Lepton Physics
  • 国際学会