Precision e− beam polarimetry at an e+e− B factory using tau-pair events

Lees, J.  P.; Poireau, V.; Tisserand, V.; Grauges, E.; Palano, A.; Eigen, G.; Brown, D.  N.; Kolomensky, Yu.  G.; Fritsch, M.; Koch, H.; Cheaib, R.; Hearty, C.; Mattison, T.  S.; Mckenna, J.  A.; R.  Y., So; Blinov, V.  E.; Buzykaev, A.  R.; Druzhinin, V.  P.; Kozyrev, E.  A.; Kravchenko, E.  A.; Serednyakov, S.  I.; Skovpen, Yu.  I.; Solodov, E.  P.; Todyshev, K.  Yu.; Lankford, A.  J.; Dey, B.; Gary, J.  W.; Long, O.; Eisner, A.  M.; Lockman, W.  S.; Panduro Vazquez, W.; Chao, D.  S.; Cheng, C.  H.; Echenard, B.; Flood, K.  T.; Hitlin, D.  G.; Li, Y.; Lin, D.  X.; Middleton, S.; Miyashita, T.  S.; Ongmongkolkul, P.; Oyang, J.; Porter, F.  C.; Röhrken, M.; Meadows, B.  T.; Sokoloff, M.  D.; Smith, J.  G.; Wagner, S.  R.; Bernard, D.; Verderi, M.; Bettoni, D.; Bozzi, C.; Calabrese, R.; Cibinetto, G.; Fioravanti, E.; Garzia, I.; Luppi, E.; Santoro, V.; Calcaterra, A.; de Sangro, R.; Finocchiaro, G.; Martellotti, S.; Patteri, P.; Peruzzi, I.  M.; Piccolo, M.; Rotondo, M.; Zallo, A.; Passaggio, S.; Patrignani, C.; Shuve, B.  J.; Lacker, H.  M.; Bhuyan, B.; Mallik, U.; Chen, C.; Cochran, J.; Prell, S.; Gritsan, A.  V.; Arnaud, N.; Davier, M.; Le Diberder, F.; Lutz, A.  M.; Wormser, G.; Lange, D.  J.; Wright, D.  M.; Coleman, J.  P.; Hutchcroft, D.  E.; Payne, D.  J.; Touramanis, C.; Bevan, A.  J.; Di Lodovico, F.; Cowan, G.; Banerjee, Sw.; Brown, D.  N.; Davis, C.  L.; Denig, A.  G.; Gradl, W.; Griessinger, K.; Hafner, A.; Schubert, K.  R.; Barlow, R.  J.; Lafferty, G.  D.; Cenci, R.; Jawahery, A.; Roberts, D.  A.; Cowan, R.; Robertson, S.  H.; Seddon, R.  M.; Neri, N.; Palombo, F.; Cremaldi, L.; Godang, R.; Summers, D.  J.; De Nardo, G.; Sciacca, C.; Jessop, C.  P.; Losecco, J.  M.; Honscheid, K.; Gaz, A.; Margoni, M.; Simi, G.; Simonetto, F.; Stroili, R.; Akar, S.; Ben-Haim, E.; Bomben, M.; Bonneaud, G.  R.; Calderini, G.; Chauveau, J.; Marchiori, G.; Ocariz, J.; Biasini, M.; Manoni, E.; Rossi, A.; Batignani, G.; Bettarini, S.; Carpinelli, M.; Casarosa, G.; Chrzaszcz, M.; Forti, F.; Giorgi, M.  A.; Lusiani, A.; Oberhof, B.; Paoloni, E.; Rama, M.; Rizzo, G.; Walsh, J.  J.; Zani, L.; Smith, A.  J.  S.; Anulli, F.; Faccini, R.; Ferrarotto, F.; Ferroni, F.; Pilloni, A.; Bünger, C.; Dittrich, S.; Grünberg, O.; Leddig, T.; Voß, C.; Waldi, R.; Adye, T.; Wilson, F.  F.; Emery, S.; Vasseur, G.; Aston, D.; Cartaro, C.; Convery, M.  R.; Dunwoodie, W.; Ebert, M.; Field, R.  C.; Fulsom, B.  G.; Graham, M.  T.; Hast, C.; Kim, P.; Luitz, S.; Macfarlane, D.  B.; Muller, D.  R.; Neal, H.; Ratcliff, B.  N.; Roodman, A.; Sullivan, M.  K.; Va’Vra, J.; Wisniewski, W.  J.; Purohit, M.  V.; Wilson, J.  R.; Sekula, S.  J.; Ahmed, H.; Tasneem, N.; Bellis, M.; Burchat, P.  R.; Puccio, E.  M.  T.; Ernst, J.  A.; Gorodeisky, R.; Guttman, N.; Peimer, D.  R.; Soffer, A.; Spanier, S.  M.; Ritchie, J.  L.; Izen, J.  M.; Lou, X.  C.; Bianchi, F.; De Mori, F.; Filippi, A.; Lanceri, L.; Vitale, L.; Martinez-Vidal, F.; Oyanguren, A.; Albert, J.; Beaulieu, A.; Bernlochner, F.  U.; Godden, G.; King, G.  J.; Kowalewski, R.; Lueck, T.; Miller, C.; Nugent, I.  M.; Roney, J.  M.; Sobie, R.  J.; Gershon, T.  J.; Harrison, P.  F.; Latham, T.  E.; S.  L., Wu

doi:10.1103/PhysRevD.108.092001

We present a new technique, “tau polarimetry,” for measuring the longitudinal beam polarization present in an e+e− collider through the analysis of e+e− → τ+τ− events. By exploiting the sensitivity of τ decay kinematics to the longitudinal polarization of the beams, we demonstrate that the longitudinal polarization can be measured with a 3 per mil systematic uncertainty at the interaction point using a technique that is independent of spin and beam transport modeling. Using 424.2 pm 1.8 fb−1 of BABAR data at sqrt(s) = 10.58 GeV, the average longitudinal polarization of the PEP-II e+e- collider has been measured to be = 0.0035 pm 0.0024stat pm 0.0029sys. The systematic uncertainty studies are described in detail, which can serve as a guide for future applications of tau polarimetry. A proposed e− beam longitudinal polarization upgrade to the SuperKEKB e+e− collider would benefit from this technique.