Bs中間子崩壊の直接的CP非保存における超対称性効果の探索

学位の種類: 博士（理学）. 報告番号: 甲第3915号. 学位記番号: 新大院（理）甲第384号. 学位授与年月日: 平成26年3月24日物理学では対称性は重要な役割を果たす。ある系で何かを変換した時に変わらないものがある時、その系に対称性があるという。CP 変換とは荷電共役をするC（チャージ）変換と空間座標の符号を反転させるP（パリティ）変換を合わせたもので粒子と反粒子の入れ替えを意味する。CP 対称性があるとは粒子と反粒子を入れ替えても物理法則は不変であることを示している。またCP Asymmetry（CP 非対称性）とは粒子と反粒子の崩壊確率の違いを表す量であり、その量がノンゼロのときにCP Violation（CP の破れ）が起きている。CP 対称性があれば、粒子と反粒子の数は同じであるが、宇宙が始まって少ししてCP対称性が破れて粒子と反粒子の数に違いができた。ほとんどの粒子と反粒子は出くわすと互いに消滅してしまい、残った粒子が我々の宇宙の構成物質になっている。私達はCP 対称性の破れの遺産である。よってCP 対称性を研究することは我々の存在理由を探究することにつながる。スイスのCERN（欧州素粒子原子核研究機構）にある陽子と陽子を円形に加速し衝突させて素粒子の反応をみるための加速器である大型ハドロンコライダーLHC（Large HadronCollider）のエネルギーフロンティア（エネルギーの到達点）は8TeV であり、そのLHCで素粒子の質量を持つ原因になるヒッグス粒子が発見された。その質量は125GeV である。しかしスピンが整数であるボゾンとスピンが半整数であるフェルミオンの入れ替えで物理法則が不変になる超対称性(Super Symmetry) を課すことで現れる超対称性（SUSY）粒子のような新粒子は未発見である。一方ルミノシティフロンティア（素粒子の反応数の到達点）ではLHC の測定器であるLHCb でストレンジクォークと反ボトムクォーク（ボトムクォークの反粒子）でできているBs 粒子でCP の破れ（粒子と反粒子の物理法則に違いがあること）の測定が確かめられた。その測定ではCP の破れの位相ϕs を測定した。その実験値はϕs = 0.07 ± 0.09 ± 0.01 で、それはStandard Model（素粒子標準理論）の計算値ϕs = −0.0363 ± 0.0017 とconsistent（矛盾がない）だが、誤差が大きいので新しい物理現象が潜んでいる可能性がある。またそれ以外にもLHCb でBs 粒子のDirect CP Violation（粒子と反粒子の直接崩壊における崩壊確率の違い）が観測され始めた。その実験で測られた粒子と反粒子の崩壊確率の違いを表す量であるAsymmetry はBs → K+K− 崩壊ではACP = −0.14 ± 0.11 ± 0.03でB0 → K+π− 崩壊ではACP = −0.082±0.006 である。それらはNew Physics についてどんな制限を与えるのか？新しい物理現象をSUSY としてSUSY の効果の大きさを調べるのが本研究の目的である。本研究では超対称性を考え、超対称性粒子であるスクォークとグルイーノを導入し、スクォークのフレーバー（素粒子の種類）混合を考えた。その際、グルイーノ・スクォークが媒介したフレーバーが変化する効果を探すため、Bs → K+K− とBs → K0K0 過程のCP Violation を研究した。そこではb → s 遷移のペンギンの振幅が崩壊を支配している。質量差ΔMBs、Bs → J/ψϕ 崩壊におけるCPを破る位相ϕs とb → sγ のBranching Ratio の実験データを入力することによって、フレーバー混合δdL23 の可能な領域を探した。スペクテイターs をd に入れ替えることによってBs → K+K− 崩壊はB0 → K+π− 崩壊と関係しているので、これらのデータに加え、B0 → K+π− のAsymmetry から来る制限を考慮に入れた。そして|δdL23| ≤ 0.05 の制限を得た。その制限のもと、Bs → K+K− とBs → K0K0 崩壊のCP Violation を予言した。CPViolation であるCK+K− の予言された領域はB¯0 → K−π+ のDirect CP Violation から来る制限によって強くカットされ、それゆえ、CK+K− のSM の予言からのずれは期待されない。他方で、SK+K− は、0.1 ∼ 0.5 の領域でSM の予言からかなりずれる可能性があ1る。CK0 ¯K0 とSK0 ¯K 0 のSM の予言はとても小さいので、SUSY の寄与はCK0 ¯K 0 とSK0 ¯K 0で検出できると期待される。これらの期待された大きさは、CK0 ¯K 0 = −0.06 ∼ 0.06 とSK0 ¯K 0 = −0.5 ∼ 0.3 の領域である。これらの崩壊のCP Violation のより詳細なデータは、SUSY の寄与の極めて重要なテストを与えてくれる。博士（理学）新潟大