In this study, we present the estimation of signal event sensitivity of COMET Phase-II muon-to-electron conversion ($\mu+N \to e+N$) experiment in J-PARC. The muon-to-electron conversion is one of CLFV (Charged Lepton Flavor Violation) process, which affects considerably to new physics theories beyond Standard Model in particle physics. The COMET experiment has two phases where the Phase-II experiment aims $10^{-17}$ level of sensitivity. The single event sensitivity and 90% confidence level upper limit of COMET Phase-II experiment with conversion electron signal at electromagnetic calorimeter and muon Decay-In-Orbit (DIO) background were estimated by using ICEDUST software framework. 100,000 conversion electron signals and 300,000 DIO background events were simulated and analyzed. The estimated signal event sensitivity is $1.59 \times 10^{-17}$, and 90% upper limit of null event is estimated to $2.03\times 10^{-17}$, which is around 100 times better sensitivity than Phase-I experiment even in the case of using calorimeter as main detector. The experimental sensitivity estimated in this study can be improved by considering straw tracking detector, which provides much better momentum measurements with narrower width.
이 논문에서는 코멧 두번째 단계 실험의 단일 사건 민감도 추정을 제시하였다. 코멧 실험은 전기띤 렙톤의 맛깔 위반의 한 현상인 뉴트리노를 방출하지 않는 뮤온-전자 전환을 측정하는 실험이다. 뮤온-전자 전환은 입자물리학의 표준모형을 넘는 새로운 물리 이론에 상당한 영향을 끼친다. 코멧 실험은 두 단계로 이루어지며 두번째 단계 실험은 $10^{-17}$ 수준의 민감도를 목표로 하고 있다. 이 논문에서는 아이스더스트라는 컴퓨터 소프트웨어 모의 실험 도구로 전자 열량계에 측정되는 뮤온-전자 전환 신호와 궤도적붕괴의 배경 신호를 이용하여 단일 사건 민감도와 90\%의 신뢰구간에서 단일 사건 민감도를 추정하였다. 이때, 100,000개의 전환 전자 신호와 300,000개의 궤도적붕괴의 배경 신호를 발생시켜 분석하였다. 단일 사건 민감도는 $1.59\times 10^{-17}$와 90\%의 신뢰구간에서 $2.03\times 10^{-17}$의 결과를 얻었다. 열량계를 주 검출기로 사용하였음에도 불구하고 코멧 첫 번째 단계 실험보다 약 100배 정도 좋은 민감도가 추정되었다. 추후 운동량 측정을 훨씬 잘 식별해내는 빨대 모양의 추적 검출기를 이용하여 실험적 민감도를 추정하면 향상된 결과를 얻을 수 있을 것이다.
