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崩壊におけるスペクトラル関数の測定

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Introduction ミューオンの異常磁気モーメント KEKB,Belle 事象選別    不変質量分布 ミューオンの異常磁気モーメントのハドロン真空偏極項 まとめ. 奈良女子大学大学院 人間文化研究科 高エネルギー物理学研究室 平野 有希子. 崩壊におけるスペクトラル関数の測定. レプトニック崩壊. 1.Introduction. レプトン族. 第 3 世代に属する ハドロンに崩壊できる唯一のレプトン. 粒子とは・・・. 粒子の崩壊. セミレプトニック崩壊. 本研究に用いた        崩壊もセミレプトニック崩壊.

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Presentation Transcript
slide1
Introduction

ミューオンの異常磁気モーメント

KEKB,Belle

事象選別

   不変質量分布

ミューオンの異常磁気モーメントのハドロン真空偏極項

まとめ

奈良女子大学大学院 人間文化研究科

高エネルギー物理学研究室

平野 有希子

崩壊におけるスペクトラル関数の測定

2002年度 修士論文

1 introduction

レプトニック崩壊

1.Introduction

レプトン族

  • 第3世代に属する
  • ハドロンに崩壊できる唯一のレプトン
  • 粒子とは・・・
  • 粒子の崩壊

セミレプトニック崩壊

本研究に用いた        崩壊もセミレプトニック崩壊

低いエネルギー領域でのハドロンの性質を調べるのに最適

ミューオンの異常磁気モーメントの理論計算

2002年度 修士論文

slide3
粒子の磁気モーメント:          スピン  のDirac粒子では粒子の磁気モーメント:          スピン  のDirac粒子では

実験値・・・最新の測定値(BNL) 

標準理論からの計算値

ハドロン

ハドロン

2.ミューオンの異常磁気モーメント(    )2.ミューオンの異常磁気モーメント(    )

ミューオンにおいては、プラス方向にわずかにずれている

ミューオンの異常磁気モーメント:

もっとも不定性を残すのは・・・

ハドロンの真空偏極項

 → この部分の決定がポイント!!

2002年度 修士論文

slide4

のセミレプトニック崩壊

ハドロン の散乱断面積

と       崩壊

純粋な理論計算は不可能!

ハドロンの真空偏極項(  )は・・・

実験で求める

ハドロン系

ハドロン系

ハドロンの真空偏極項のうち支配的なものは・・・

系からの寄与(73%)

        崩壊は    

ハドロン真空偏極項(   )

         の決定に有効!

2002年度 修士論文

slide5

スペクトラル関数

スペクトラル関数(   )を求めるには・・・

とスペクトラル関数

ハドロン真空偏極項(  )は

1:         の崩壊分岐比(   )    昨年測定されている(片岡真由子 修士論文)

2:系の不変質量(      )

本解析では・・・

系の質量分布を正確に決定し、スペクトラル関数を求める

2002年度 修士論文

slide6

のデータを用いた場合

のずれが見られる

のデータを用いた場合

で一致している

・実験値と理論からの計算値の違いについての再検討

・    のデータを用いた場合と、  のデータを用いた場合の違いについて再検討

が必要

        崩壊から、新たな  のデータを提供することは有意義!

ミューオンの異常磁気モーメント    の現状ミューオンの異常磁気モーメント    の現状
  • 実験値・・・BNLの最新の測定値                   (2002年9月)
  • 理論値・・・CMD-2,CLEO,ALEPHなどのデータを総合して計算

                                               (2003年1月)

2002年度 修士論文

kekb belle
KEKB加速器・Belle検出器

Belle検出器

  • KEKB加速器で生成された粒子を検出する大型検出器
  • 高い分解能と優れた粒子識別能力を持つ

KEKB加速器

  •    非対称型加速器
  • 重心系のエネルギー:
  • B中間子系でのCPVを探ることを目的に建設された(世界最高のルミノシティー)

    を大量に作り出すよう設計されている

     (        ・・・年間約   個)

B-ファクトリー

  • 同時にほぼ同数の  粒子を生成できる

     (        ・・・年間約   個)

KEKB加速器はB-ファクトリーであると同時に 

-ファクトリー としても重要

2002年度 修士論文

slide8

Belleが収集したデータ

     事象選別

事象選別

データにおける    質量分布

質量分布の決定

解析

目的:1.の質量分布を正確に決め、スペクトラル関数(   )を測定する。

2.スペクトラル関数を積分することで、ミューオンの異常磁気  

                    モーメントのハドロン真空偏極項(   )を求める。

本解析の流れ

Unfolding(検出器の寄与を除く)

スペクトラル関数の測定

2002年度 修士論文

ミューオンの異常磁気モーメントのハドロン真空偏極項の決定

slide9

事象生成シュミレーター

Belle検出器

データ収集システム

検出器のシュミレーター

Raw Data

        事象

事象選別

事象

         事象選別

事象選別

実験データ

モンテカルロシュミレーション

データ再構成システム

解析に用いたデータ

2000年10月から2000年12月までにBelle実験で収集された

のデータ

事象にして      に相当する

2002年度 修士論文

slide10

  粒子が1本の飛跡へ崩壊 : 約85%

  粒子が3本の飛跡へ崩壊 : 約15%

粒子崩壊の特徴

  • ニュートリノ(  )により測定できない質量、

 運動量の不足分(missing)が存在する

荷電飛跡の数:2又は4本

全電荷(   )=0

事象選別
  • 荷電飛跡の本数が少ない

72%

13%

missing

2002年度 修士論文

slide11

Missing mass と missing angleによる条件

Missing angle

Missing Mass(MM)

このようにして、         事象を約130万事象観測した

事象選別2

バックグラウンドBhabha散乱事象(        )

            2光子生成過程(                   )

            ミュー粒子対生成過程(        )

            ハドロン生成(         )

これらのバックグラウンドを除く

2002年度 修士論文

slide12

*半球ごとに       崩壊の選別を行う*半球ごとに       崩壊の選別を行う

選別条件

事象選別

*事象軸に垂直な平面で事象を2つに分ける

事象軸:他の荷電飛跡から90度以上離れていて、

     最も運動量の大きな荷電飛跡

1:1つの半球中に  がひとつある

2:1つの半球中に荷電粒子がひとつである

3:  を2個以上含む事象(       など)の除去

  ・・・   から崩壊した2つの光子以外に

     高いエネルギー(200MeV以上)の光子が

     あれば、除く

2002年度 修士論文

slide13

の質量

の不変質量

の分解能

サイドバンド領域

シグナル領域

右:

左:

以上のようにして 事象を選別

約32万事象観測した

  のシグナル

シグナル領域に入った  のバックグラウンドをサイドバンドを用いて見積もった

2002年度 修士論文

slide14
  と   の運動量

モンテカルロシュミレーションはデータを非常によく再現している

2002年度 修士論文

slide15

データにおける   質量分布

  •     のピークがきれいに見えている
  •           崩壊が支配的
  •      の肩が見られる
  •           崩壊も含まれる
質量分布

データとバックグラウンドの事象数

2002年度 修士論文

slide16

モンテカルロシュミレーション

事象生成シュミレーター

分布

検出器のシュミレーター

   分布

解析プログラム

Response Matrix

Unfoldingプログラム

真の 分布

不変質量分布のunfolding

Unfoldingの流れ

Unfoldingとは・・・

観測された質量分布は、検出器のアクセプタンスなどの効果により もともとの分布から歪められている。

これを、もともとの分布に戻すことをUnfoldingという。

実験データ

今回用いたunfoldingの方法は、

Singular Value Decomposition (SVD)法

2002年度 修士論文

slide17

        崩壊以外のタウ崩壊

  •        :feed across バックグラウンド
  • タウ崩壊以外
  •        :non-tau バックグラウンド

BGを除く

データの質量分布

バックグラウンドを除く

2002年度 修士論文

slide18

Response matrix

「真の分布」ではj番目のBinにあったものが、

「観測された分布」ではi番目のBinにある確率

モンテカルロ

検出器のシュミレーション

解析プログラム

Generateされた時の分布と、観測されたときの分布の2次元plot

Response matrix

2002年度 修士論文

svd unfolding
SVD unfoldingのテスト
  • わかっている分布を「真の分布」として使う。
  • Response matrixはモンテカルロから得たもの。
  • 「観測された分布」は、真の分布を統計誤差によりぼかすことで得る。
  • Unfoldingで得た分布と最初の分布との比較をするころで、unfoldingプログラムが正しく働いているか確かめる。

Unfoldingプログラムが正常に働いている

2002年度 修士論文

unfolding

SVD unfolding

データの   分布

データのunfolding

Response matrix

2002年度 修士論文

slide21

質量分布

スペクトラル関数

Fitting関数(Breit Wigner関数)

free parameter

この2つのBreit Wigner関数を用いてunfoldingされた質量分布のfittingを行った

2002年度 修士論文

breit wigner fitting
Breit Wigner関数によるfitting結果

K&S model

G&S model

2002年度 修士論文

fitting
Fittingの結果

2つの関数において、得られた値は誤差の範囲ないで一致

2002年度 修士論文

slide24
他の実験との比較

K&S model

G&S model

  • の係数については他の実験と非常によく一致している。
  • の係数に関しては、わずかに違いが見られる。

2002年度 修士論文

slide25

( ベース)

ハドロン真空偏極項(   )

ハドロンの真空偏極項のうち、2 系からの寄与(  )

cf. ALEPH & CLEO

2002年度 修士論文

slide26

今後は・・・

本解析のまとめ

まとめ
  • 2000年10月から2000年12月にBelle実験が収集した       のデータ 

                                 事象を約32万事象観測

  • 得られた   分布をSVD unfolding法でunfolding質量分布の決定

Breit Wigner関数で   質量分布をfittingする

  • スペクトラル関数を測定
  • ミューオンの異常磁気モーメントのハドロン真空偏極項のうち、2 系の寄与する項( )を求めた。

K&S model

G&S model

  •  における系統誤差の見積もり
  • データ量を増やすことでさらに精密な測定が期待される

(今回解析に用いたデータ:現在Belle実験が収集したデータの約1/20)

2002年度 修士論文

slide27
質量分布

2002年度 修士論文

slide28
アクセプタンス

全体的なアクセプタンスは約38%

2002年度 修士論文

missing mass vs missing angle
Missing mass VS. Missing angle

Data

MC(tau)

MC(2photon)

MC(Bhabha)

2002年度 修士論文

fitting1
Fittingの結果

2002年度 修士論文

slide32
スペクトラル関数

2002年度 修士論文

slide33
ハドロン真空偏極と   データ

ハドロン真空偏極

2002年度 修士論文

slide34
データと  データ

Semi-Leptonic decay

アイソスピン保存が成り立つ時、ベクトルカレント保存則

タウのデータは     のデータと同様に扱える

2002年度 修士論文

items material
Items & material

(Mππ0)2 generate (GeV)2

(Mππ0)2 generate (GeV)2

Normalize:

Number of entries

2002年度 修士論文

items materials

Missing angle

Missing angle

Missing Mass(MM)

Missing Mass(MM)

Items&materials

2002年度 修士論文