렙톤 맛깔 위반의 관측은 표준모형을 넘어선 새로운 물리현상의 존재를 암시한다. 이 논문에서는 렙톤 맛깔을 위반하는 붕괴인 τ⁻ → ℓ⁻η (여기서 ℓ⁻은 e⁻ 또는 μ⁻) 의 탐색을 다룬...

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서울 : 서울대학교 대학원, 2026
학위논문(박사) -- 서울대학교 대학원 , 물리·천문학부(물리학전공) , 2026. 2
2026
영어
523.01
서울
xvi, 185 ; 26 cm
지도교수: 최선호
I804:11032-000000194826
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다운로드렙톤 맛깔 위반의 관측은 표준모형을 넘어선 새로운 물리현상의 존재를 암시한다. 이 논문에서는 렙톤 맛깔을 위반하는 붕괴인 τ⁻ → ℓ⁻η (여기서 ℓ⁻은 e⁻ 또는 μ⁻) 의 탐색을 다룬...
렙톤 맛깔 위반의 관측은 표준모형을 넘어선 새로운 물리현상의 존재를 암시한다. 이 논문에서는 렙톤 맛깔을 위반하는 붕괴인 τ⁻ → ℓ⁻η (여기서 ℓ⁻은 e⁻ 또는 μ⁻) 의 탐색을 다룬다. 이 분석은 비대칭적 에너지 양전자–전자 충돌기 SuperKEKB에 위치한 Belle II 검출기에서 모은 427.9 fb⁻¹의 데이터 샘플을 이용하였다. 이는 약 3.9×10⁸ 타우–반타우 쌍에 해당한다. η 메존은 η → γγ 와 η → π⁺π⁻π⁰로 붕괴하는 채널을 이용하여 재구성되었다. 잠재적인 편향을 피하기위해, 모든 탐색 과정은 신호영역이 가려진 채로 진행되었다. 커트 조건을 적용한 이벤트 선택은 η 의 두 채널에 모두 적용되었고, 다변수선택 기술을 통한 선택은 η→γγ에 추가적으로 적용되어 신호의 효율은 10%로 유지하면서 배경사건들은 거의 0에 가깝게 배제되었다. 사이드밴드 영역의 데이터를 이용한 데이터 기반 방법이 신호영역의 배경사건의 숫자를 추정하는데 사용되었다. 먼저, 탐색의 예상되는 감도를 계산하기 위해 갈래비에 대한 상한을 배경사건만 존재한다는 영가설 하에서 90%의 신뢰도로 추정되었다. 추정된 상한은 다음과 같다. ℬ(τ⁻ → e⁻η) < 4.62 × 10⁻⁸, ℬ(τ⁻ → μ⁻η) < 4.44 × 10⁻⁸. 신호영역을 확인한 결과, 영가설과 비교했을 때 데이터에서 통계적으로 유의한 초과는 관측되지 않았다. 이에 따라 관측된 데이터를 이용하여 90% 신뢰수준에서 갈래비의 상한을 결정하였다. 그 결과 얻어진 상한은 ℬ(τ⁻ → e⁻η) < 9.21×10⁻⁸, ℬ(τ⁻ → μ⁻η) < 4.23×10⁻⁸이다. 전자 채널의 결과는 이전 실험과 일치하였으며, 뮤온 채널에서는 현재까지 가장 엄격한 상한을 달성하였다.
다국어 초록 (Multilingual Abstract)
Observation of lepton flavor violation (LFV) would indicate the presence of new physics beyond the Standard Model. This thesis presents a search for the LFV decay τ⁻ → ℓ⁻η, where ℓ⁻ denotes either e⁻ or μ⁻. The analysis uses 427.9 f...
Observation of lepton flavor violation (LFV) would indicate the presence of new physics beyond the Standard Model. This thesis presents a search for the LFV decay τ⁻ → ℓ⁻η, where ℓ⁻ denotes either e⁻ or μ⁻. The analysis uses 427.9 fb⁻¹ of data collected with the Belle II detector at the SuperKEKB asymmetric-energy e⁺e⁻ collider, corresponding to approximately 3.9 × 10⁸ τ⁺τ⁻ pairs. The η mesons are reconstructed via the decay modes η → γγ and η → π⁺π⁻π⁰. To avoid potential bias, all search procedures are performed with signal regions blinded. A cut-based selection is applied to both η decay channels, and a multivariate analysis technique is additionally employed for the η → γγ channel to suppress backgrounds to nearly zero, while retaining signal efficiencies of about 10%. A data-driven method using sideband data is adopted to estimate the background yields in the signal regions. First, the upper limits on the branching fractions are estimated at the 90% confidence level under the background-only hypothesis to evaluate the expected sensitivity of the searches. The expected upper limits are ℬ(τ⁻ → e⁻η) < 4.62 × 10⁻⁸ and ℬ(τ⁻ → μ⁻η) < 4.44 × 10⁻⁸. After unblinding the signal regions, no significant excess is observed in the data compared to the null hypothesis. Therefore, using the observed data, the upper limits on the branching fractions are determined at the 90% confidence level. The observed upper limits are ℬ(τ⁻ → e⁻η) < 9.21 × 10⁻⁸ and ℬ(τ⁻ → μ⁻η) < 4.23 × 10⁻⁸. For the electron channel, the result is consistent with the previous experimental search. For the muon channel, it represents the most stringent limit to date.
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