O v e r v i e w C h a r g e d L e p t o n F l - PowerPoint PPT Presentation

The COMET Experiment: Searching for Muon- to-Electron Conversion B e n K r i k l e r t h 9 Ma r c h 2 0 1 6 P r e s e n t e d a t U n i v e r s i t y o f B i r m i n g h a m

O v e r v i e w C h a r g e d L e p t o n F l a v o u r V i o l a t i o n B o u n d m u o n s a n d t h e μ - e c o n v e r s i o n p r o c e s s H o w t o b u i l d a s e n s i t i v e μ - e c o n v e r s i o n e x p e r i m e n t ( C O ME T ) C O ME T S t a t u s a n d R & D T h e C O M E T E x p e r i m e n t , 9 M a r . 2 0 1 6 2 B e n K r i k l e r : b e k 0 7 @i m p e r i a l . a c . u k

Charged Lepton Flavour Violation T h e C O M E T E x p e r i m e n t , 9 M a r . 2 0 1 6 3 B e n K r i k l e r : b e k 0 7 @i m p e r i a l . a c . u k

Mu o n D e c a y C o n s e r v a t i o n o f L e p t o n F l a v o u r : → 1 m u o n 1 m u o n - n e u t r i n o → 0 e l e c t r o n s 1 e l e c t r o n + 1 a n t i e l e c t r o n - n e u t r i n o T h e C O M E T E x p e r i m e n t , 9 M a r . 2 0 1 6 4 B e n K r i k l e r : b e k 0 7 @i m p e r i a l . a c . u k

Mu o n D e c a y + N e u t r i n o O s c i l l a t i o n s → 1 m u o n 1 e l e c t r o n N o o u t g o i n g n e u t r i n o s B U T : w o u l d n o t c o n s e r v e e n e r g y a n d m o m e n t u m T h e C O M E T E x p e r i m e n t , 9 M a r . 2 0 1 6 5 B e n K r i k l e r : b e k 0 7 @i m p e r i a l . a c . u k

Mu o n t o E l e c t r o n C o n v e r s i o n v i a N e u t r i n o O s c i l l a t i o n N o o u t g o i n g n e u t r i n o s A t o m i c n u c l e u s : c o n s e r v e e n e r g y a n d m o m e n t u m V i o l a t e s c o n s e r v a t i o n o f C h a r g e d L e p t o n F l a v o u r T h e C O M E T E x p e r i m e n t , 9 M a r . 2 0 1 6 6 B e n K r i k l e r : b e k 0 7 @i m p e r i a l . a c . u k

Mu o n t o E l e c t r o n C o n v e r s i o n v i a N e u t r i n o O s c i l l a t i o n C o n v e r s i o n G I M S u p r e s s e d R a t e : N o o u t g o i n g n e u t r i n o s A t o m i c n u c l e u s : c o n s e r v e e n e r g y a n d m o m e n t u m V i o l a t e s c o n s e r v a t i o n o f C h a r g e d L e p t o n F l a v o u r T h e C O M E T E x p e r i m e n t , 9 M a r . 2 0 1 6 7 B e n K r i k l e r : b e k 0 7 @i m p e r i a l . a c . u k

Mu o n t o E l e c t r o n C o n v e r s i o n B e y o n d t h e S t a n d a r d Mo d e l P r e d i c t e d i n m a n y B e y o n d t h e S t a n d a r d M o d e l t h e o r i e s R a t e i s m o d e l d e p e n d e n t T h e C O M E T E x p e r i m e n t , 9 M a r . 2 0 1 6 8 B e n K r i k l e r : b e k 0 7 @i m p e r i a l . a c . u k

C o m p l e m e n t a r i t y w i t h O t h e r M u o n L F V C h a n n e l s Mu o n t o + g a m m a e l e c t r o n E m i s s i o n o f a p h o t o n ME G e x p e r i m e n t a t P S I L a s t p u b l i s h e d 2 0 1 3 U p g r a d e t o b e g i n r u n n i n g s h o r t l y M u o n t o t h r e e e l e c t r o n s M u 3 e e x p e r i m e n t a t P S I μ - e c o n v e r s i o n a g a i n s t a t o m i c e l e c t r o n s R e p l a c e q u a r k i n n u c l e u s w i t h a t o m i c e l e c t r o n ( a t C O M E T ? ) T h e C O M E T E x p e r i m e n t , 9 M a r . 2 0 1 6 9 B e n K r i k l e r : b e k 0 7 @i m p e r i a l . a c . u k

→ μ μ - e g a m m a v s e c o n v e r s i o n μ - R e l a t i v e s e n s i t i v i t y i n e c o n v e r s i o n μ - a n d e g a m m a i s m o d e l d e p e n d e n t H i g h l y c o m p l e m e n t a r y s e a r c h e s P h o t o n i c C O ME T ME G S I N D R U M- I I 0 . 0 1 0 . 1 1 0 0 1 1 0 F o u r - f e r m i c o n t a c t T h e C O M E T E x p e r i m e n t , 9 M a r . 2 0 1 6 1 0 B e n K r i k l e r : b e k 0 7 @i m p e r i a l . a c . u k

→ μ μ - e g a m m a v s e c o n v e r s i o n μ - R e l a t i v e s e n s i t i v i t y i n e c o n v e r s i o n μ - a n d e g a m m a i s m o d e l d e p e n d e n t H i g h l y c o m p l e m e n t a r y s e a r c h e s C O ME T ME G S I N D R U M- I I 0 . 0 1 0 . 1 1 0 0 1 1 0 T h e C O M E T E x p e r i m e n t , 9 M a r . 2 0 1 6 1 1 B e n K r i k l e r : b e k 0 7 @i m p e r i a l . a c . u k

Bound Muon Physics and the µ-e Conversion Process T h e C O M E T E x p e r i m e n t , 9 M a r . 2 0 1 6 1 2 B e n K r i k l e r : b e k 0 7 @i m p e r i a l . a c . u k

B o u n d Mu o n s B o u n d M u o n D e c a y E v e r y t h i n g s t a r t s b y s t o p p i n g m u o n s a r o u n d a n u c l e u s M u o n N u c l e a r C a p t u r e E l e c t r o m a g n e t i c c a s c a d e t o t h e g r o u n d s t a t e o r b i t a l M u o n t o E l e c t r o n C o n v e r s i o n T h e C O M E T E x p e r i m e n t , 9 M a r . 2 0 1 6 1 3 B e n K r i k l e r : b e k 0 7 @i m p e r i a l . a c . u k

Mu o n L i f e t i m e D e c a y p a r t i a l l i f e t i m e I n c r e a s e s w i t h Z B o u n d m u o n m o m e n t u m i n c r e a s e s ⇒ T i m e d i l a t i o n C a p t u r e p a r t i a l l i f e t i m e ⇒ I n c o h e r e n t G r o w s l i n e a r l y w i t h Z E v e n t u a l l y m u o n c o m p l e t e l y c o n t a i n e d ⇒ i n n u c l e u s l e v e l s o u t T h e C O M E T E x p e r i m e n t , 9 M a r . 2 0 1 6 1 4 B e n K r i k l e r : b e k 0 7 @i m p e r i a l . a c . u k

B o u n d Mu o n D e c a y F r e e m u o n d e c a y e n d p o i n t B o u n d m u o n d e c a y e n d p o i n t B o u n d m u o n d e c a y F r e e m u o n d e c a y 2 0 4 0 1 0 0 0 6 0 8 0 E l e c t r o n e n e r g y ( M e V ) Ma x i m u m e n e r g y f o r e l e c t r o n s f r o m f r e e m u o n d e c a y = H a l f o f m u o n m a s s B o u n d d e c a y a r o u n d n u c l e u s E n d - p o i n t c l o s e t o m u o n m a s s μ V e r y s t e e p l y f a l l i n g s p e c t r u m a b o v e 6 0 M e V H i g h E n e r g y t a i l u p t o - e c o n v e r s i o n s i g n a l e n e r g y T h e o r e t i c a l u n c e r t a i n t y o n s p e c t r u m f r o m ( 1 0 5 M e V ) i n i t i a l m u o n w a v e f u n c t i o n 2 0 4 0 1 0 0 0 6 0 8 0 N o a c c u r a t e m e a s u r e m e n t a t t h e e n d p o i n t E l e c t r o n e n e r g y ( M e V ) C z a r n e c k i e t a l . 2 0 1 1 D O I : 1 0 . 1 1 0 3 / P h y s R e v D . 8 4 . 0 1 3 0 0 6 T h e C O M E T E x p e r i m e n t , 9 M a r . 2 0 1 6 1 5 B e n K r i k l e r : b e k 0 7 @i m p e r i a l . a c . u k