[論文レビュー] Conclusions of the MITP Workshop on T Violation and CPT Tests in Neutral-Meson Systems

K. R. Schubert, L. Li Gioi+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 27, 2014

Nuclear Materials and Properties被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、中性メソン系におけるT対称性破れおよびCPT対称性検証に関するMITPワークショップの主要な結論を要約したものであり、B⁰–B̄⁰遷移における時間に依存する崩壊率を用いたB⁰→J/ψK_S崩壊からT対称性破れを検証する。sin(Δmt)項におけるImλ ≠ 0がT対称性破れを明確に示しており、φファクトリーにおける崩壊率比を用いたK⁰–K̄⁰系におけるCPT対称性検証はCP対称性破れとは独立してCPT破れを探索可能である。KLOE-2実験では、0–300τ_S領域で高い統計的有意性が得られると予想される。

ABSTRACT

The conclusions summarize the main, but not all, aspects of a two-days workshop held at MITP Mainz. The four covered aspects are T violation in decays of neutral B mesons, T and CPT studies in B0B0bar transitions with Belle, future measurements of T violation in B and D decays, and direct tests of T and CPT symmetries in the entangled neutral Kaon system at a ?Phi factory.

研究の動機と目的

• B⁰–B̄⁰系におけるT対称性破れ（基本的時間反転対称性の破れ）と運動反転対称性破れ（時間反転過程における非対称な遷移率）の違いを明確にすること。
• φファクトリーにおける時間順序崩壊率比のTおよびCPT対称性破れに対する感受性を評価すること、特にKLOE-2実験の文脈を想定して。
• CP対称性破れおよび不可視崩壊モードの不確実性に対して、K⁰–K̄⁰系におけるCPT検証の頑健性を評価すること。
• CPT対称性破れがCP対称性破れとは独立してK⁰–K̄⁰系で検証可能であることを示すこと、特にΔΓ → 0極限でT破れ効果が消えるΔt > 0領域において。

提案手法

• K⁰–K̄⁰系におけるT対称性破れの検証に、時間順序崩壊率比R₂^exp(Δt)およびR₄^exp(Δt)を用いる。これらはK⁰(0)→K₊(Δt)およびK₊(0)→K̄⁰(Δt)の崩壊確率比として定義される。
• CPT対称性破れを示す比R₂,CPT^exp(Δt)およびR₄,CPT^exp(Δt)を定義し、これらが1から逸脱する場合にCPT対称性破れが示唆される。正規化定数D_CPTは、半レプトン的崩壊におけるCPT対称性破れに依存しない。
• ベル＝スタインバーグのユニタリティアプローチを用い、|K_L⟩と|K_S⟩の重なり⟨K_L|K_S⟩を介してCPT対称性を検証する。2012年時点で、95%信頼水準で|m(K̄⁰)−m(K⁰)| < 4×10⁻¹⁹ GeVの感度に達している。
• TおよびCPT対称性破れの検証がΔΓ（幅の差）に依存する様子を分析し、ΔΓ→0に伴いT対称性破れが消える一方で、CPT対称性破れは依然として検出可能であることを示す。
• DAΦNEにおけるKLOE-2実験（約10 fb⁻¹のフルエンス）を用い、Δt ∈ [0, 300τ_S]領域でこれらの比を測定する。この領域では比が定数と見なされ、Reεに比例すると予想される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 K⁰–K̄⁰系における時間順序崩壊率比は、CP対称性破れとは独立してT対称性破れを直接検証可能か？
• RQ2 不可視崩壊モードの存在が、K⁰–K̄⁰系におけるCPT対称性のユニタリティテストに与える影響は何か？
• RQ3 なぜK⁰–K̄⁰系におけるCPTテストは、特にΔΓ → 0極限においてΔt > 0領域でTテストよりも頑健なのか？
• RQ4 半レプトン的崩壊におけるCPT不変性を仮定せずに、正規化定数D_CPTはどの程度まで決定可能か？

主な発見

• BABARが2012年に確認したB⁰→J/ψK_S崩壊におけるImλ ≠ 0は、時間に依存する崩壊率のsin(Δmt)項を通じてT対称性破れの直接的証拠を示している。
• DAΦNEにおけるKLOE-2実験は、0–300τ_S領域でR₂^exp(Δt)およびR₄^exp(Δt)を測定することにより、T対称性破れの統計的に有意な検証が可能になると予想されている。この領域では比が定数であり、Reεに比例すると予想される。
• CPT対称性破れはR₂,CPT^exp(Δt)およびR₄,CPT^exp(Δt)を用いて検証可能であり、これらが1から逸脱する場合にCPT対称性破れが示唆される。正規化定数D_CPTは、半レプトン的崩壊におけるCPT対称性破れに依存しない。
• T対称性破れとは異なり、CPT対称性破れはΔΓ → 0極限でも検出可能である。これはReδに依存するが、ΔΓ → 0でもゼロにならないからである。
• 0–300τ_S領域では、直接CP対称性破れの直交性条件への影響は無視できるほど小さく、CPTテストは頑健かつ極めて有意性が高い。
• K⁰–K̄⁰系におけるCPT対称性のユニタリティテストは、2012年時点で|m(K̄⁰)−m(K⁰)| < 4×10⁻¹⁹ GeV（95%信頼水準）の感度に達しているが、不可視崩壊の影響は未解決の問題のままである。