b-factory における 軽いダークマター探索の可能性
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B-factory における 軽いダークマター探索の可能性. 田島 治 , 羽澄 昌史 (KEK) ３月２８日 日本物理学会. 全宇宙の 1/4 を占めるダークマター Ｂファクトリーでも何か出来ないか？. o% antimatter. ちなみに B-factory の本業は 0% の 反粒子の謎にせまる実験！. WIMPs (Weakly-Interacting-Massive-Particles) are good dark matter candidates. c. N’. Energy deposition. ?. LHC. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
B-factoryにおける軽いダークマター探索の可能
性
田島 治 , 羽澄 昌史 (KEK)
３月２８日 日本物理学会
全宇宙の 1/4 を占めるダークマターＢファクトリーでも何か出来ないか？
o% antimatter
WIMPs (Weakly-Interacting-Massive-Particles) are good dark matter candidates
ちなみに B-factoryの本業は 0%の反粒子の謎にせまる実験！
N’DAMA NaI3 ｒ egion
CDMS 04
CDMS 05
90% CL upper limits
これまでの探索結果
Predictions: Ellis & Olive, Baltz & Gondolo, Mandic & all
Direct measurements have no sensitivity for ~GeV mass regionLHC will reach ~TeV mass regionWho will search ~GeV mass region ?
N
LHC?
LEP
Energydeposition
これまでの探索結果（つづき）Invisible width of Z
Z にカップルするものに対するリミットsingle photon counting (e+e- invisible)
e+e- にカップルするものに対するリミット
qq にカップルするものに対するリミットは？実はまだ十分に探索されていない単純なＭＳＳＭなら上記のリミットが適用可が、しかし…Next-to-NSSM 等々 qq が favor されるモデルはいくらでも作
れるPRD 72, 103508 (2005) “Invisible quarkonium decays as a sensitive probe of dark matter”hep-ph/0510147 “Probing MeV Dark Matter at Low-Energy e+e- Colliders”hep-ph/0509024 “Light neutralino dark matter in the next-to-minimal”hep-ph/0601090 “Dark matter pair-production in bs transitions”
実験の役目 : 無数にある理論の可能性を一つ一つ排除するもし見つけてしまったらラッキー（ダークホース狙いで万馬
券）
LEP
_
_
e+
e-
Z DM
DM
e+
e-
DM
DMM
LEP
DM
DMM_
Possibility of Dark Matter Search in B-factory
PRD 72, 103508 (2005)
Br( Y(1S) ) ~ 0.41% (m<4.73GeV/c2)
: relic densityh : Hubble constantv : 1/20 ~ 1/25 (* see paper)
WMAP h2 = 0.113
h2 SMv 0.1 pb ・ c
Relic density is denoted as follows
Br( Y(1S) ) ~ 0.41 % (m<4.73GeV/c2)
SM ~ 18 pb
SM SM, Sfbb
q
q_
Model independent !
Possibility of Dark Matter Search in B-factory
Br( Y(1S) ) ~ 0.41% (m<4.73GeV/c2)
Y(3S)ISR
Y(3S) +-Y(1S), Y(1S) invisible
However …Two-photon backgrounds are quite high …Hard to reach prediction(e+e- ISRY(3S), Y(3S)Y(1S)) ~ 0.001 nb( +-) ~ 5 nb
Belle-MC U.L.~O(1) % w/ 500/fb
PRD 72, 103508 (2005)
Idea to improve S/N ratio (1)
(e+e- Y(3S)ISR )~0.02 nb
Energy scan by CLEO
(e+e- Y(1S))~19 nb
No signal in detector !
Idea to improve S/N ratio (2)
(e+e- Y(3S)ISR )~0.02 nb
Energy scan by CLEO
(e+e- Y(2S))~7 nb
No trigger (too low pt)
Idea to improve S/N ratio (3)
(e+e- Y(3S)ISR ) ~ 0.02 nb
(e+e- Y(3S)) ~ 3 nb
S/N ratio x150
Energy scan by CLEO
Y(3S) run w/o TRG modification
Expected Sensitivity on Y(3S) run
*) Syst. error is not considered
Theory prediction
90 %C.L
KEKB ~1/fb/day~3x106 Y(3S)/day
万馬券狙いに２週間も特別なランをやるのは投資が大きすぎる現在のトリガー条件は DM探索モードに対しては非常に tight
Y(3S) run w/o TRG modification
Expected Sensitivity on Y(3S) run
もし S/N が変わらずに efficiency を向上できれば投資日数を節約できる
*) Syst. error is not considered
Theory prediction
90 %C.L
Y(3S) run x 4 trigger efficiency
KEKB ~1/fb/day~3x106 Y(3S)/day
Trigger logic for Y(1S)invisible
Control sample data(3S) (1S)(1S) Eff. depends on opening angle
• loose opening angle cut 135 45 degree• loose pt cut pt>300 MeV for both tracks for one (or both) track• MC: 9 38% trg eff. ( ４倍！ )
x
y
Signal(3S) (1S)(1S) invisible
dataMC
Expected Sensitivity on Y(3S) run
トリガー条件をＤＭ探索に最適化すれば…数日の特別ランで理論予想領域に到達できるかもしれない（トリガー変更前後で S/N一定）
Theory prediction
90 %C.L
Y(3S) run x 4 trigger efficiency
Missing Mass (GeV/c2)
Toy MC expectationContinuum (two-photon) bkg+ peaking bkg (Y(1S)l+l-)+ signal ( 理論予想を仮定 )
まとめ• B ファクトリーでの軽いダークマター探索
の可能性を検討• Y(1S) (invisible) に注目してみた
Model independent に予想される Br~0.41%
• Y(3S) on-resonance で KEKB を運転高い生成率 ~3x106 Y(3S)/day @ KEKB lumi.
• トリガーロジックを最適化Running cost ( 時間 ) 節約の可能性 ~1/4?
• 数日の特別ランで . . . 運が良ければ発見
BeforeDAQupgrade
AfterDAQ upgrade
Trigger logic for Y(1S)invisible cont.
loose openingangle cut
Loose pt cut
