2017 Fiscal Year Annual Research Report
長寿命中性K中間子稀崩壊事象の観測による標準模型を超えた新物理の探索
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17J07824
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Research Institution | Kyoto University |
Principal Investigator |
上路 市訓 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)
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Project Period (FY) |
2017-04-26 – 2019-03-31
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Keywords | 素粒子物理学実験 / 中性K中間子稀崩壊事象 / 波形解析 |
Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、新物理に高い感度を持つ長寿命中性K中間子稀崩壊事象(KL→π0νν)の探索を行うKOTO実験において、当該事象の収集効率の向上を実現し、世界最高感度での新物理探索を目指すものである。KOTO実験では、終状態にあるπ0が崩壊してできた2つの光子を捉えることでKL→π0ννを同定する。背景事象であるKL→3π0やKL→π+π-π0崩壊においては2光子以外の粒子が終状態に存在するため、これら余剰粒子を捉える検出器(veto検出器)を崩壊領域の全周に配し、2光子に同期する信号の有無で背景事象を弁別する仕組みである。 この検出原理では、KL→π0νν崩壊が発生した際にveto検出器において同時に偶発的なシグナルが発生すると、背景事象と区別することができないという欠点がある。これは実質的にKL→π0ννの収集効率を低下させるため、偶発的な損失(Accidental Loss)と呼んでいる。本研究では、現状におけるAccidental Loss を実際のデータから計算し、およそ76%の損失が発生していることを明らかにした。これはAccidental Loss 低減によってKL→π0νν収集効率が大幅に向上する可能性を示唆し、本研究の重要性を示す結果である。 Accidental Loss の低減のためには、偶発シグナルと同期する確率を下げればいいので、2光子と同期を取る時間を短くすればよいが、これは別の問題を引き起こす。2つ以上の波形が重複し、それぞれの波形の再構成に失敗して検出時刻がズレると、同期に失敗する確率が増加して背景事象数の増加につながるのである。これを防ぐため、本研究では信号波形のひな型を用いて波形を再構成する新たな波形解析手法を開発した。従来の手法では80 nsより接近した波形の分離ができなかったが、新手法では40 nsまで接近した重複波形を分離できることを示した。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度における研究において明らかにすべきであった課題は2つある。一つは重複波形の分離能力向上を達成するための波形解析手法の開発である。これについては、各検出器に対して最適な処理を行えるようにパラメータのチューニングが必要ではあるものの、基本原理と解析コードの開発については概ね完了しその進捗は当初の想定通りである。もう一つは、新手法を用いた際に収集効率がどの程度改善するか定量的に評価することである。そのためには、veto検出器における同期時間を短くした場合に背景事象数がどのように変化するかを詳細に検証する必要があり、veto検出器の時間分布に関する研究が必要である。これについては当初の予定より遅れており、評価方法がまだ完全に確立できていないため、次年度に研究をさらに進めていくべきであると考えている。
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Strategy for Future Research Activity |
重複波形を分離する新たな波形解析手法についてはほぼ確立し、今後は実際の物理データに適用するための新しい解析の枠組みを構築する。また、背景事象数などを見積もるためのシミュレーションを新しい解析方法に対応するようにアップグレードすることも必要である。その後、Accidental Loss がどの程度削減できるのかを定量的に示すための解析を実施する。これにはveto検出器の時間分布に関する詳細な理解が必要であるため、較正用のデータなどを利用して検出器の時間応答に関する研究を実施する。このような研究はKOTO実験において前例がほとんどなく時間がかかると予想されるため、背景事象の削減において特に重要な検出器から段階的に進めていく方針である。以上の研究を完遂したのち、実際にKL→π0νν探索のための解析を実施して、世界最高感度での測定結果をまとめる。これをもとに博士論文を執筆し、本研究の成果をまとめる。
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Research Products
(2 results)