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 [2000 Experiments - BELLE] belle 17 Feb 2003 

◈ 연구내용 및 방법


● 본 연구팀이 제작 및 설치에 책임이 있었던  칼로리미터 검출기의 유지, 관리 및 클러스터 정보를 이용한 물리 현상 분석


본 세부과제의 연구목표 달성을 위해 1차 년도에는 일본 고에너지 가속기 연구소(KEK)에 1998년 말에 건설되어 실험을 시작한  KEKB 가속기의 Belle실험을 중심으로 연구를 수행한다.


Belle실험은  8 GeV 전자와 3.5 GeV 양전자의 충돌에 의해 다량으로 생성되는 B 중간자 붕괴 연구를 통하여, 물질과 반물질의 불균형의 원인이 되는 CP 대칭성 깨짐에 대한 연구와 B 중간자 희귀붕괴 및 CKM(Cabibbo -Kobayashi-Maskawa) 행렬요소들의 정밀측정을 통하여 표준모형 이론을 더욱 정밀히 검증하고 새로운 물리의 가능성을 추구하는 실험이다. 본 센터의 연구진은 Belle 실험의 설계 단계에서부터 참여하여 검출기의 설계, 제작 및 테스트에 많은 기여를 하여왔다. 특히 광자의 에너지를 정확히 측정하는 칼로리미터의 제작에 중요한 기여를 하였으며, 데이터 수집 시에 결정적인 역할을 하는 칼로리미터 트리거 시스템을 독창적으로 제안하여 그 설계와 제작을 국내에서 진행하여 Belle 검출기에 설치하였다. 현재 칼로리미터 트리거와 관련된 트리거정보는 표-1에 요약되어 있다.       

칼로리미터 관련 트리거 출력정보

트리거 번호

트리거 이름

비    고

#1

Timing

ORed 트리거셀 -타이밍

#2

Etot-low

총에너지 > 0.5 GeV

#3

Etot-high

총에너지 > 1.0 GeV

#4

Etot-lum

총에너지 > 3.0 GeV

#5

Bhabha

바바사건

#6

Prescaled Bhabha

충돌광도측정/열량계보정

#7

ICN-bit0

클러스터개수

#8

ICN-bit2

클러스터개수

#9

ICN-bit3

클러스터개수

#10

ICN-carry_bit

클러스터개수

#11

Cosmic_veto

우주선배경입자


본 그룹이 제작한 칼로리미터 트리거 시스템은 지난해 실험 시작과 동시에 많은 빔 백그라운드를 제거하고 관심 있는 사건들만 골라내는 작업을 성공적으로 수행함으로서 Belle 실험에 지대한 공헌을 하였다. 한편 칼로리미터를 이용하여 광자를 재구성하는 분석 프로그램과 에너지 보정에 대한 작업의 책임을 맡아 세계적으로 가장 뛰어난 칼로리미터임을 보였다. 또한 비행 시간 측정 검출기의 설치 및 보정에도 큰 기여를 하였다. 칼로리미터 트리거의 지속적인 안정성을 유지하면서 데이터 분석에 박차를 가하여 B 메존의 inclusive 붕괴현상에 대한 연구를 수행하였다. 아래의 그림은 Upsilon(4S)에서 측정된 inclusive 모멘트 스펙트럼을 보여준다. 히스토그램은 몬테칼로 예측을 보여주는 것이며, 점들은 실험데이터의 결과이다. Upsilon(4S)당 평균 (4.70 +/- 0.04 +/- 0.22)개의 가 있음을 측정하였다1).

 Upsilon(4S)에서 측정된 inclusive 모멘트 스펙트럼

● Belle 실험 준비 및 초기 자료 분석으로 B중간자의 붕괴를 통한 CP 대칭성 연구

2000년 12월까지 획득된 약 10 실험데이터를 이용하여 Belle실험의 가장 중요한 목표중의 하나인 CP 대칭성 깨짐 현상의 측정을 수행했다. 유니터리 삼각형의 각 중의 하나인 는 B 중간자가 의 CP eigenstate들로 붕괴하는 모드들과 다른 B 메존의 flavor를 primary와 secondary 경입자, , slow 과 fast 들의 정보를 이용하여 알아냄으로서 측정되었다. 두 B 메존 붕괴사이의 proper-time interval은 실리콘 vertex 검출기를 가지고 측정된 두 붕괴의 vertex들 사이의 거리로부터 결정되었다. 아래 그림은 CP eigenstate를 찾아내기 위해서 데이터 분석시 전형적으로 사용하는 방법인 신호사건의 에너지와 빔에너지 차이()와 beam constrained mass ()의 scatter plot을 보여준다. box는 신호사건 지역을 나타낸다. 위쪽의 그림은 GeV를 요구한 뒤의 분포를 나타내고 왼쪽의 그림은 를 요구한 뒤의 의 분포를 나타낸다. 이와 같은 방법을 이용하여 282개의 신호사건들을 얻었으며 그림 xx는 조사하고 있는 각 각의 붕괴모드들의 분포를 보여준다.  이들 신호사건들을 가지고 maxmium likelihood fitting을 사용하여 임을 측정했다.2)

로부터 얻어진 Vcb 분석결과 및 다른 실험들의 결과와 비교

● Kobayashi-Maskawa 행렬요소들의 정밀측정을 통하여 표준모형 이론을 정밀 검증

표준모형 이론을 정밀하게 검증하기 위하여 의 측정 연구를 수행하였다. 의 측정은 의 붕괴모드를 이용하여 측정되었고, 한편 CKM 행렬요소 중 측정이 가장 않되어 있는, 등의 붕괴를 이용하였다. 옆의 그림은 의 분석결과이며 다른 실험결과들과 본 과제 수행의 분석결과를 비교한 것을 보여준다. 실험결과는 다른 실험결과와 잘 일치함을 보여주고 있으며, 향후 보다 많은 실험데이터를 이용하여 실험오차들을 더욱 줄일계획이다. 이 분석결과는 2001년 2월 일본에서 개최된 B and CP Violation 국제학술회의에서 본 과제에 참여하고 있는 연구조원에 의해 발표되었다.




1)Inclusive pi0 paper(Measurement of Inclusive Production of Neutral Pions from Upsilon(4S) Decays)는 Phys. Rev. Lett 에 제출되었고, http://arXiv.org/abs/hep-ex/0103041를 참고바람


2) Phys. Rev. Lett. 86 (2001) 2509


[List]  
Year Subtitle File Date
2000 belle 17 Feb 2003
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