[論文レビュー] C, P, and CP asymmetry observables based on triple product asymmetries

A. J. Bevan|arXiv (Cornell University)|Aug 17, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 5被引用数 9

ひとこと要約

本稿では、四体崩壊におけるC、P、CP対称性を体系的にテストするための12個の測定可能な三重積非対称性を導入し、そのうち9つは以前未測定であった。この非対称性がヒッグス、Z⁰、トップクォーク、ハドロン崩壊におけるC、P、CP違反を調べられることを示し、標準模型および新しい物理の探索に適用可能な一般化されたフレームワークを提供する。

ABSTRACT

Triple product asymmetries have been used to probe CP violation in $K$, $D$, and B decays. Here we review the interpretation of those asymmetries, and note that it is possible to construct twelve measurable triple product asymmetries for the decay of a particle into a four body final state. Eight of these asymmetries are introduced here and nine have never been measured before. These can be used to systematically test C, P, and CP symmetries in decays to four body final states. In particular we note that these asymmetries can be used to study symmetry invariance in Higgs, $Z^0$, top-quark, and hadron decay (both baryon and meson) as well as for $τ^\pm$ decay at production threshold.

研究の動機と目的

• 四体崩壊におけるC、P、CP対称性を三重積非対称性を用いて体系的にテストする包括的なフレームワークの構築を目的とする。
• 12個の測定可能な三重積非対称性を特定・分類し、そのうち8つは新たに提案され、9つは以前未測定であった。
• 三重積非対称性の適用範囲をカリオンおよびB中間子にとどまらず、ヒッグス、Z⁰、トップクォーク、タウレプトンへ拡張することを目的とする。
• 四体崩壊を伴う新しい物理のシナリオ（例：ダークセクター、SUSYモデルなど）におけるC、P、CP違反の体系的検出を可能とすること。
• 重いボソンおよびクォークの崩壊における干渉効果を通じて、弱い相互作用の構造と潜在的な新しい物理を調べるためのツールを提供すること。

提案手法

• 崩壊粒子の静止系における3つの最終状態粒子の運動量のスカラー三重積 ψ = p_c · (p_a × p_b) を用いて三重積非対称性を構築する。
• φ（2つの崩壊平面(ab)と(cd)の間の角度）の符号または関数的依存性に基づいて非対称性を定義する。
• 崩壊タイプを3つのカテゴリーに分類する：タイプ1（M ≠ M̄, f ≠ f̄）、タイプ2（M ≠ M̄, f = f̄）、タイプ3（M = M̄, f = f̄）、それぞれが異なる対称性性質を有する。
• C、P、T、CPにおける変換性を導出し、ψがCに対して偶関数、P、T、CPに対して奇関数であることを示し、これにより対称性の破れをテスト可能となる。
• D⁰ → K⁺K⁻π⁺π⁻、K⁰_L → π⁺π⁻e⁺e⁻、H⁰/Z⁰崩壊などの崩壊モードにこの形式を適用し、一般的な運動学的条件下でも測定可能な非対称性を示す。
• 全非対称性を用いた既存のバリオンおよびBelleデータの再解析を提案し、C、P、CP違反に対する新たな制約を抽出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 三重積非対称性は、四体崩壊におけるC、P、CP対称性を体系的に一般化してテストできるか？
• RQ2 12通りの三重積非対称性のうち、どの非対称性が弱い位相差に敏感であり、したがってC、P、またはCP違反を示唆するか？
• RQ3 これらの非対称性は、ヒッグス、Z⁰、トップクォーク、タウレプトン崩壊におけるC、P、CP違反を調べるために使用可能か？
• RQ4 低エネルギーハドロン的崩壊における三重積非対称性の解釈に、QCDの不確実性が及ぼす影響は何か？
• RQ5 これらの非対称性は、ダークフォトンや軽量ヒッグスボソンなどの新しい粒子の四体崩壊において、新しい物理を探索するために応用可能か？

主な発見

• 四体崩壊に対して12個の異なる三重積非対称性が定義され、そのうち8つは本稿で新たに導入され、9つは以前未測定であった。
• タイプ3崩壊（M = M̄, f = f̄）では、12個の非対称性が1つの観測量に統約され、同時にPおよびCPをテスト可能となる。
• 新規非対称性の6つは、干渉振幅間の非ゼロの弱い位相差が存在する場合にのみ非ゼロとなるため、CP違反に敏感であることを示している。
• この形式はヒッグス、Z⁰、トップクォーク、タウレプトン崩壊に適用可能であり、LHC、将来のフレーバーファクトリー、e⁺e⁻衝突機での対称性テストを可能にする。
• バリオンデータのD⁰ → K⁺K⁻π⁺π⁻に全非対称性を適用した再解析により、CおよびP違反の証拠が得られ、非対称性の感度が実証された。
• この手法は、ダークセクター・モデルやSUSYを含む四体崩壊における新しい物理を、C、P、CP違反のシグネチャを通じて調べるための一般化されたツールを提供する。