[論文レビュー] CP, T and CPT analyses in EPR - correlated $ B^0 \bar B ^0 $ decays

Ezequiel Álvarez|ArXiv.org|Mar 14, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 14被引用数 3

ひとこと要約

本学位論文は、Bファクトリーで生成されるエンタングルドな $B^0\bar{B}^0$ ペアにおける T、CP、および CPT 対称性を調査し、$B^0$-$\bar{B}^0$ の区別不能性の喪失に起因する CPT 违反を検出するための新しい観測量——特に同符号レプトン双対崩壊における $A_{sl}$ 非対称性——を提案する。CPT 違反パラメータ $\omega$ に関する線形補正を導出し、$A_{sl}$ が小さな時間において強い $\Delta t$ 依存性を示すことを示し、既存の $A_{sl}$ データを用いて $\omega$ に対する最初の実験的限界を設定する。

ABSTRACT

In this work we study the T, CP and CPT symmetries in the B-meson system. Our analysis and results are addressed to the case of correlated mesons in the B-factories. In the first set of theory and results we investigate the consequences of these discrete symmetries in the B-mixing and interference between mixing and decay. With the help of the CP-tag we compute all possible intensities and asymmetries which concern flavour-specific and CP Golden Plate decays. Our proposed observables are a new self-consistency check for the Standard Model, as well as a new exploration for the traces of the discrete symmetries in the B-system. In the second set of results we study CPT violation in the initial state of the B-factories through the loss of indistinguishability of $B^0$ and $\bar B^0$. We show that, if the consequence of Bose statistic is relaxed, then the equal-sign dilepton events are considerably modified. We analyze the demise of flavour tagging and we also prove that the equal-sign charge asymmetry, $A_{sl}$, is an optimal observable where to look for this new CPT violation effect. The detailed study of this asymmetry allows us to predict different behaviours according to the possible values of the CPT violating parameter $\w$. We conclude that the best observable where to find traces of this novel kind of CPT violation is the analysis of $A_{sl}$ at small $\Dt$'s. We use existing data on $A_{sl}$ to put the first limits on $\w$.

研究の動機と目的

• Bファクトリーにおけるエンタングルドな $B^0\bar{B}^0$ 崩壊における CP、T、CPT 対称性を検証するための新しい、自己完備的な観測量を開発すること。
• 初期状態における $B^0$-$\bar{B}^0$ の区別不能性の喪失に起因する CPT 違反の影響を、$\omega$ でパラメータ化して調査すること。
• 特に小さな $\Delta t$ 範囲において、この新しい CPT 違反効果に敏感な最適な、$\omega$ に関して線形な観測量を同定すること。
• 既存の $A_{sl}$ 非対称性測定データを用いて、CPT 違反パラメータ $\omega$ に対する最初の実験的限界を導出すること。
• 時間依存的な同符号レプトン双対崩壊非対称性を通じた $\omega$ のプローブの可能性と感度を評価すること、特に $\Delta t \sim \Gamma^{-1}$ の領域において。

提案手法

• CPタグ形式を用いて、エンタングルドな $B^0\bar{B}^0$ ペアにおけるフレーバー特異的および CP-ゴールデンプレート崩壊の強度と非対称性を計算する。
• 時間発展は、再位相不変パラメータ $\epsilon$ と $\delta$ を用いてモデル化され、混合-崩壊干渉効果が組み込まれる。
• ボーズ統計の緩和を定量化するための新しいパラメータ $\omega$ が導入され、初期状態の反対称性の破れを許容し、$|B^0B^0\rangle$ および $|\bar{B}^0\bar{B}^0\rangle$ 成分の存在を可能にする。
• 同符号レプトン崩壊の強度 $I(\ell^{\pm},\ell^{\pm},\Delta t)$ が計算され、干渉項によって生じる $\omega$ に関する線形補正が明らかになる。
• $A_{sl}$ 非対称性は $\Delta t$ の関数として導出され、$\Delta t \sim |\omega|\Gamma^{-1}$ で顕著なピークを示すことが判明し、より大きな $\Delta t$ では準時間不変なシフトが観測される。
• 既存の $A_{sl}$ データを用いて、評価指標分析を通じて $\omega$ に対する限界を設定し、小さな $\Delta t$ 領域での感度が確認される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 パラメータ $\omega$ で表される $B^0$-$\bar{B}^0$ の区別不能性の喪失は、エンタングルドな $B^0\bar{B}^0$ ペアの時間発展と崩壊強度にどのように影響を与えるか？
• RQ2 同符号レプトン崩壊において $\omega \neq 0$ の場合の観測可能なシグネチャー、特に $A_{sl}$ 非対称性におけるものとは何か？
• RQ3 $A_{sl}$ 非対称性は、特に小さな $\Delta t$ において $\omega$ に起因する CPT 違反を線形に感度をもって探査できるか？
• RQ4 既存の $A_{sl}$ 測定データから導出可能な $\omega$ に対する最初の実験的限界は何か？
• RQ5 $\omega$ 効果は、フレーバー・タグの有効性と崩壊観測量の解釈にどのように影響を与えるか？

主な発見

• $\omega \neq 0$ の場合、$A_{sl}$ 非対称性は小さな時間において顕著な非自明な $\Delta t$ 依存性を示し、$\Delta t \sim |\omega|\Gamma^{-1}$ で顕著なピークを示す。これは $\omega = 0$ の場合に予想される定数的挙動とは対照的である。
• $\Delta t \gtrsim \Gamma^{-1}$ の領域では、$A_{sl}$ 非対称性は準時間不変なシフトを示し、これは $\omega$ に依存し、その値を直接的に推定可能である。
• 既存の $A_{sl}$ データを用いて、95%信頼水準で $\omega$ に対する最初の実験的限界が確立された：$-0.084 \leq \text{Re}(\omega) \leq 0.0100$。
• 解析により、小さな $\Delta t$ 範囲が $\omega$ に起因する CPT 違反を検出するのに最適であることが示された。この領域では信号が最も強く、評価指標もこの領域を支持する。
• $\omega \neq 0$ の場合、$|B^0B^0\rangle$ および $|\bar{B}^0\bar{B}^0\rangle$ 状態への非ゼロの射影が生じるため、フレーバー・タグの破綻が生じ、標準的なタグ仮定が成立しなくなることが示された。
• 本研究では、同符号レプトン事象が $\omega$ の影響を著しく受けることが確認され、$\ell^+\ell^+$ と $\ell^-\ell^-$ 終状態では $\omega$ に関して逆符号の線形補正が生じる。これにより、$A_{sl}$ は $\omega$ に関して線形に感度を示す観測量であることが明確になった。