ＬＨＣ－ＡＴＬＡＳ実験におけるダイボソン共鳴の探索

LHC-ATLAS 实验中寻找二玻色子共振

基本信息

批准号：
17J08234
负责人：
田中雅大
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J08234/
关键词：
スーパーカミオカンデ陽子崩壊荷電レプトン感度向上

项目摘要

これまでは高エネルギー素粒子加速器実験の一つであるLHC・ATLAS実験において、余剰次元模型などで予言される重い新粒子の探索をすることで、標準理論を超えた理論の検証を行ってきた。しかしこの探索を含め、LHCで取得されたデータを用いて行われた解析において、現在のところ標準模型を超えた理論の兆候は得られていない。そこで今年度は、水チェレンコフ型検出器を用いたスーパーカミオカンデ実験(SK)へと手法を変え、引き続き標準理論を超えた理論の検証を行うことにした。本研究では、SKで取得されたデータを解析することで、３つの荷電レプトンに崩壊する陽子崩壊事象の探索を行った。本年度はMCシミュレーションを用いた事象選別条件の決定、および系統誤差の見積もりを行った。バックグラウンドは主に、大気ニューノリノが水中で荷電粒子を叩き出し、その荷電粒子がSKタンク内で検出されるような事象である。バックグラウンド事象を削減するため、シグナルの特徴に基づいた選別条件を加える。最終的に３つのチェレンコフリングから不変質量および不変運動量を計算する。シグナルにおいてこれらの値は、元の陽子の質量、運動量に相当する。そこで計算された不変質量が陽子の質量９３８MeVに近いことを要求し、不変運動量に関しては比較的小さいことを要求する。最終的なバックグラウンド数は、どのモードについても１イベント以下まで削減することができた。一方シグナル検出効率については、モードにもよるが約３０％から６０％と高い効率を維持することができた。系統誤差に関しては現在見積もり中であるが、SKにおける陽子が陽電子と中性パイオンに崩壊する事象の系統誤差と同等程度であると推定すると、各モードの陽子寿命の下限は10^34年程度であると見積もられた。これはSKにおいて３つの荷電レプトンに崩壊する陽子崩壊事象が発見される可能性があることを示唆している。

迄今为止，作为高能粒子加速器实验之一的LHC/ATLAS实验一直在通过寻找超维模型预测的重新粒子来检验超越标准模型的理论。然而，使用大型强子对撞机获得的数据进行的分析（包括这次搜索）迄今为止尚未产生任何超出标准模型的理论迹象。因此，今年，我们决定将方法改为使用水切伦科夫探测器的超级神冈实验（SK），并继续验证标准理论之外的理论。在这项研究中，我们通过分析 SK 获取的数据来寻找衰变成三个带电轻子的质子衰变事件。今年，我们使用MC模拟来确定事件选择条件并估计系统误差。背景主要是大气中的新诺里诺向水中射出带电粒子，在SK槽中检测到带电粒子的事件。根据信号特征添加筛选条件，减少背景事件。最后，我们计算三个切伦科夫环的不变质量和不变动量。在信号中，这些值对应于原始质子的质量和动量。要求计算的不变质量接近938 MeV的质子质量，并且要求不变动量比较小。对于所有模式，最终的背景数量可以减少到一个事件或更少。另一方面，根据模式的不同，信号检测效率能够保持约30%至60%的高效率。我们目前正在估计系统误差，但假设它与 SK 中质子衰变成正电子和中性介子的情况下的系统误差大致相同，则每种模式的质子寿命下限约为 10^估计有34年了。这表明在 SK 中可能会发现衰变成三个带电轻子的质子衰变事件。