計画研究A03：タウレプトンの物理

代表	大島 隆義	名古屋大学大学院理学研究科	教授	素粒子実験
	三田 一郎	名古屋大学大学院理学研究科	教授	素粒子理論
	千代 勝実	名古屋大学大学院理学研究科	助手	素粒子実験
	林井 久樹	奈良女子大学理学部	助教授	素粒子実験
	山口 晃	東北大学大学院理学研究科	教授	素粒子実験
				以上5名



レプトンでのCP/T非保存の 探索、稀崩壊（τ→μγ、neutrinoless 3 charged particleによるLFV, LNVの研 究）の探査などは、Higgs粒子、超対称性モデルなど現在の標準理論を越える理論の 観点から大いに期待されている課題である。ベクトル粒子の磁気双極子モーメント （MDM）の検出は、未だデータもなく、実験結果はSU(3)、クォーク・モデル、WWγと の関連で新たな理論的関心を引き起こすと期待されている。物理研究は、各課題ごと 申請者等が責任者となり、Belleのタウ解析グループの一貫として、共同研究のもと で進める。具体的には、CP/T非保存の研究は、大島、千代（名大）がe+e-→τ+τ-； τ→ e/μννの反応を、林井（奈良女大）がτ→ππν、Kπν崩壊を分担する。稀 崩壊は山口（東北大）が、MDMやテンソル型相互作用の探索は大島、千代（名大）が 中心となり進める。理論面については、三田（名大）が担当する。 一方、TOP counterは、他の箇所でも記述したように、全く独自の発案であり、DIRC 検出器のアプローチ法よりも、コンパクトで製作が簡単で、かつ高い識別力を有す る。名大が中心となり開発を進めるが、奈良女大、東北大は各大学拠点で研究分担部 を遂行するとともに、ビームテストなどの共同作業は全体で行う。また、浜松フォト ニクス（株）との光検出器の開発研究も名大グループが中心となりながら、全体で行 う。

研究課題を、以下の３つに分類する。(1) 標準理論の検証、(2) レプトン・セクターの CP/T非保存または不変則を高い感度で探究し、標準理論を越える新しい物理を探る。 純レプトン過程でのこの研究は、未だ試みられたことのないユニークな探究法であ る。(3)稀崩壊や崩壊禁止事象の検出を行い、新しい物理の発見を試みる。このなかで も、われわれが最も重点を置き、最も興味をもつ課題は、(2)と(3)である。具体的に は、
• (1) レプトン結合常数（μe, μμ, μτ）の不変性（lepton universality）， 寿命と崩壊比の関係，崩壊様式を規定するミッチェル・パラメータなどの高精度測定を行 う。 また，タウのhadronic崩壊の研究から，保存ベクトルカレント（CVC）理論の研究， ストレンジ・クォーク質量msの抽出，強い結合常数αsの抽出、タウ・ニュートリノ質量mνの導出など， 基本的物理の遂行を計画する。 ここでは、特に、ベクトル粒子の磁気双極子モーメント（MDM） のはじめての測定を試みることを中心課題とする。（大島）
• (2) 神岡グループの測定からニュートリノには質量があり混合（mixing）がある。 クォーク・セクターに混合角があり，CP位相があれば、レプトン・セクターにも同様 にCKM行列を考えるのは極く自然である。 しかし，ハドロンと違い、標準理論では荷電レプトン崩壊はW媒介のダイアグラムのみが効き， 振幅間の相互作用がない。したがって， CP/T非保存の検出は新しい物理の存在を指し示すものである。 標準理論を越えるニュートリノ振動の新しい物理は， 必ず荷電レプトン崩壊にも顔を出すと信ずる。 純レプトン過程においては、これまでμ→ eννの偏極度測定から３％の感度でCP非 保存を研究したものが唯一である。われわれは「従来の研究成果」で報告するよう に、KEKB/Belleにおいてe+e-→τ+τ-；τ→ e/μννの反応過程を測定し、triple momenta correlationの観測量を吟味して、すでに、このレベルを越える成果（０． ５％ @90\% CL with６fb-1 ）を得ている。本研究においては、ルミノシティ ーの増加ならびにタウの純レプトン崩壊、準レプトン崩壊（τ→ π/Kν、σν、A1 νなど）のあらゆるモードに焦点を当て、総体的に感度を２桁O(０.０１％)向上させ ることを目指す。この研究手法では、親粒子が荷電粒子である利点を活かし、CP/ T/ CPT 不変則を別個に検証できるのも自慢である。この研究は、また、点粒子 であるタウレプトンが電気双極子モーメント（EDM）を持つか否かを検証するものと しても位置付けられる。（大島、三田、千代） また同時に、CP非保存は、τ→ππν、Kπνなどの角度分布の非対称としても現れ る。この研究もすでに軌道に乗っており、τ→ππνではasym＜１．６％ at 90\% CL の成果を挙げている。統計精度の向上により感度を大きく更新するとともに、Kπν などの他の反応の研究へと発展させる計画である。（林井）
• (3) Lepton Flavor Violationτ→μγはまさに上記(1)に対応するものであり， new physicsが期待されるμ→eγと物理的に同程度の感度（BR=10^-(7-8) ）を持ち得る。 LFVならびにLepton Number Violationなど稀崩壊を現上限値（10^-(5-6))を上回る感度 （BR< 10-7 ）で探索する。ただし、バックグラウンド事象が完全に除去できない領 域に入りはじめる難しさがあるが。われわれは、すでにBR(τ→e/μKs )を従来の感 度の１、０００倍更新し、BR< 8 x 10^-6（at 90% CL）の上限値を得る成果を挙げてい る。（山口） また。上記(3)の特徴を活かし、テンソル型、スカラー型相互作用を広範囲に亘り探索 する。特に、τ→K*2(1420)νなど直接テンソル共鳴状態の存在を調べるアプローチ を試みる。K→π（e/μ）ν崩壊などでは、q2（＜ 0.2 GeV2） が小さい上、レプト ンのエネルギースペクトルの歪みを調べる手法をとるが、resonanceの存在の有無を 調べる方が遥かに感度ならびに信頼性高く研究できる利点がある。（大島、千代）


Bファクトリーはタウ・ファクトリーでもある。CP非保存の研究をB中間子からレプト ンへと展開することにより、KEKB/Belle実験を発展させ、果実を確実に採り入れた い。隔年に開催される今年のTAU２０００会議（Victoria, Canada）では、Belleなら びにBabarの両Bファクトリー実験の今後の研究成果を大きく期待する由、声明され た。さらに、タウ物理の牽引車的役割が、出席研究者達から待望された。Belle実験 への期待は大きく、２００４年の会議開催も要請されている。本特別推進研究によ り、われわれの研究活力を一層活性化させ、上記課題の成果を挙げる。



平成14年度

KEKB/Belle実験を継続し、ルミノシティーの蓄積を続ける。物理解析を並行し進め る。特に、KOLARB/TAUOLAを書き換え、新しい物理機構を採り入れる作業が必要不可 欠となる。初期の成果として、CP/T非保存や稀崩壊の論文発表を目指す。 TOP counterのテスト機ならびにテストベンチを奈良女、東北大に準備（高額備品を 含む）。名大では、TOP counterの光学特性の詳細測定と宇宙線テストを計画する。 また、光検出器の改良品の検討と複数異型の発注（高額消耗品）を行い、それらのテ ストを行う。 タウ物理解析においてはディスク・システムの補強が必 要。但し、安価に、かつより容量の大きいディスクを入手するため、各種エレメント を購入し、自分達で組み立てる方針である（高額消耗品）。MDMなどの論文発表を計 画する。 TOP counterに関しては、改良型の作成（高額消耗品）や宇宙線、ビームテストを繰 り返す。光検出器ではHPD/HAPD（高額消耗品）をも開発対象にする。読み出し回路系 の設計、製作の開発（名大、東北大）を行う。



平成15年度

TOP counterに関しては、基礎的な開発を終え、Belle実験に特定した構造のものの検 討、設計、製作（高額消耗品）に入る。幾種類かの実機（高額消耗品）を作成し、ビ ームテストをくり返す。光検出器の開発も随分と進展していると考えるので、量産時 の問題点の解決を計る。読み出し回路系のコンパクト化、多チャンネル化を計り、プ ロトタイプの作製を行う。



平成16年度

タウ物理解析においてはディスク・システムの補強を行 う。新しい物理課題の開拓とそれらの論文発表を行う。TAU２００４会議の開催を計 画する。 TOP counterは、実機の大量生産に入る（高額消耗品）。回路系も相当する量産へ入 る（高額消耗品）。



平成17年度

基本的には前年度と同じ。しかし、タウ物理も新しい段階へと移行する時期になると 推測する。それまでの、進展をもとに次世代へ如何に飛躍するか、を課題とする。 TOP counterは、大量生産からBelleへの装着作業へと移行する。