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, Y. 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, Y. I.; Solodov, E. P.; Todyshev, K. Y.; 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.; Rohrken, 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, S.; 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.; Bunger, C.; Dittrich, S.; Grunberg, 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±1.8 fb-1 of BABAR data at s=10.58 GeV, the average longitudinal polarization of the PEP-II e+e- collider has been measured to be ⟨𝑃⟩=0.0035±0.002⁢4stat±0.002⁢9sys. 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.