PDF - THEP Mainz

Semileptonische Prozesse 163
9.6. τ−Zerfall in Pion und Neutrino
Bemerkungen zu den Experimenten
Dem Ergebnis für das Verzweigungsverhältnis BR(τ − → π − ν) liegen zwei Experimente
zugrunde [177, 178]. Eines davon wurde Anfang der 80er Jahre am SLAC durchgeführt,
während das andere Mitte der 90er Jahre des letzten Jahrhunderts am CERN durchgeführt
wurde. Zunächst einige Erklärungen zum SLAC-Experiment mit dem Mark II-Detektor,
mit dessen Hilfe u.a. sowohl eine Obergrenze an die Masse des Tau-Neutrinos angeben wird
als auch Aussagen über den Spin des Tau-Leptons gemacht werden können. Zum Aufbau:
Die Schwerpunktsenergie der Elektron-Positron-Paare im SPEAR-Speicherring betrug zwischen
3.52 und 6.7 GeV. Durch Kollision wurden etwa 6 × 10 4 τ + τ − -Paare erzeugt. Die geladenen
Teilchen weist man im Mark II-Detektor mittels zylindrischer Driftkammern nach.
Ausserhalb der Driftkammern befinden sich Szintillatoren, die sich wiederum im Inneren
eines Solenoidmagneten befinden. Weiter aussen befinden sich Argon-Zähler und das Myon-
Kaloriemeter. Ein Ereignis mit einem geladenen Pion liegt dann vor, wenn kein Teilchen
als Myon, Elektron, Kaon bzw. Proton identifiziert wird. Ein Pion-Ereignis muss zusätzlich
gewisse Kriterien erfüllen: Es müssen zwei Teilchen mit entgegengesetzter Ladung vorliegen
π ± X ∓ . Die Energie der auftretenden Photonen darf 100 MeV nicht überschreiten, um den
Untergrund zu reduzieren, der aus Reaktionen mit neutralen Teilchen π 0 , ρ stammt. Das
Ereignis muss sich innerhalb von 10 cm Entfernung vom Wechselwirkungspunkt befinden.
Insgesamt konnten anhand dieser Anforderungen 2150 π ± X ∓ -Ereignisse aufgezeichnet werden,
wobei diejenigen mit zwei Pionen doppelt gezählt wurden. Als Ergebnis der Messung
erhält man BR(τ − → π − ν) = 0.117 ± 0.004 ± 0.018.
Das zweite Experiment zur Bestimmung von BR(τ − → π − ν) wurde mit Hilfe des ALEPH-
Detektors am LEP durchgeführt. Der Messwert für den Zerfall Γ(τ − → π − ν)/Γ tot beträgt
(11.06 ± 0.11)% [177, 178].
Die Experimente am CERN ermitteln die Ereignisse aus den τ-Paaren, die bei der Kollision
von Elektronen und Positronen auf der Z-Resonanz bei LEP I entstehen. Die Analyse der
OPAL-Kollaboration umfasst einen Datensatz von 1990 − 95. Mit ALEPH konnten von
1991 − 95 erfolgreich Daten genommen werden, während sich die DELPHI-Analyse auf
Daten aus dem Jahr 1992 stützt. Die Anzahl der τ-Ereignisse varriert bei den drei Experimenten
von 220652 τ-Zerfallskandidaten bei OPAL, 202000 τ + τ − -Paaren bei ALEPH bis
zu 392000 hadronischen Z 0 -Ereignissen bei DELPHI. Details zu den Detektoren findet man
in [187, 188, 189]. Wiederum lässt sich insgesamt festhalten, dass das Neutrino nur indirekt
nachgewiesen wurde, insbesondere also der Flavor unbestimmt blieb. Wir verwenden im
Folgenden diese genaueren Messwerte von ALEPH.