[論文レビュー] CP Violation in charm decays at CDF

A. Di Canto|arXiv (Cornell University)|Aug 13, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、CERNのCDF Run II全データセットを用いて、charm崩壊におけるCP対称性の破れの世界で最も高精度な測定を提示する。D*± → D⁰π±崩壊を用いたD⁰のフレーバーのタグ付けと、D⁰ → K₀Sπ⁺π⁻およびD⁰ → h⁺h⁻（h = π, K）の最終状態における時間積分型非対称性の分析により、CDFはCP非対称性の差にゼロからの2.7σのずれを観測し、LHCbの結果と整合しており、charm系における顕著なCP対称性の破れを示唆する。

ABSTRACT

Exploiting the full Run II data sample collected by the CDF trigger on displaced vertices, we present a search for CP violation in neutral D mesons decays to hadronic final states. We use the strong D^{*+} o D^{0}π^{+} (and c.c.) decay to identify the flavor of the charmed meson at production time and exploit CP-conserving strong c\bar{c} pair-production in p\bar{p} collisions. The results are the world's most precise measurements to date and confirm the presence of sizable CP-violating effects in the charm sector as recently observed by the LHCb Collaboration

研究の動機と目的

• 9.7 fb⁻¹のCDF Run II全データセットを用いて、中性D⁰崩壊におけるCP対称性の破れの探索を目的とする。
• ダリッツプロット解析と微分非対称性技術を用いて、D⁰ → K₀Sπ⁺π⁻およびD⁰ → h⁺h⁻崩壊における時間積分型CP非対称性の測定精度を向上させることを目的とする。
• 最近のLHCbの観測と整合性を確認し、標準模型からのずれの有意性を評価することを目的とする。
• D⁰ → K⁺K⁻とD⁰ → π⁺π⁻崩壊における非対称性の差を測定することで、検出器に起因する非対称性を抑制することを目的とする。
• D⁰ → π⁺π⁻およびD⁰ → K⁺K⁻崩壊におけるCP非対称性の世界で最も高精度な測定を抽出し、以前のCDFの結果を改善することを目的とする。

提案手法

• p¯p衝突におけるCP保存的c¯c対生成を活用し、D*⁺ → D⁰π⁺崩壊におけるπの電荷を用いて、生成時のD⁰フレーバーをタグする。
• 等価モデルを用いてD⁰ → K₀Sπ⁺π⁻崩壊の完全なダリッツフィットを行い、中間励起状態のフィット割合非対称性を抽出する。
• D⁰とD̄⁰のダリッツプロットをビンごとのモデルに依存しない比較により、結果の妥当性を検証し、系統的バイアスを低減する。
• D⁰ → K⁺K⁻とD⁰ → π⁺π⁻崩壊におけるCP非対称性の差ΔACP = ACP(D⁰ → K⁺K⁻) − ACP(D⁰ → π⁺π⁻)を測定し、検出器に起因する効率非対称性を相殺する。
• K⁺K⁻とπ⁺π⁻最終状態間の平均崩壊時間差を活用し、混合における間接CP対称性の破れACPindを抽出する。
• 以前のCDF測定結果とLHCbのデータを組み合わせ、ΔACPdirとACPindの精度を向上させた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 D⁰ → K₀Sπ⁺π⁻崩壊モード、特に共鳴状態の部分成分において、CP対称性の破れの証拠はあるか？
• RQ2 D⁰ → K⁺K⁻とD⁰ → π⁺π⁻崩壊におけるCP非対称性の差がゼロから逸脱しているか。これは新しい物理を示唆するか？
• RQ3 D⁰ → π⁺π⁻およびD⁰ → K⁺K⁻崩壊における時間積分型CP非対称性の最も高精度な測定値は何か？
• RQ4 CDFの結果は、LHCbが観測した単一のカビボ・スプリッティング抑制D⁰崩壊におけるCP対称性の破れとどのように一致するか？
• RQ5 測定されたCP非対称性は、D⁰混合における間接CP対称性の破れパラメータACPindを制約するために使用できるか？

主な発見

• D⁰ → K₀Sπ⁺π⁻の時間積分型CP非対称性の測定値は、(−0.05 ± 0.57 stat ± 0.54 syst)%であり、ゼロと整合的で、標準模型とも整合的である。
• D⁰ → K⁺K⁻とD⁰ → π⁺π⁻崩壊におけるCP非対称性の差ΔACP = (−0.62 ± 0.21 stat ± 0.10 syst)%であり、ゼロからの2.7σのずれを示している。
• 統合解析により、ΔACPdir = (−0.67 ± 0.16)%が得られ、ゼロからのずれは約3.8σであり、charm崩壊におけるCP対称性の破れに強く強い証拠を示している。
• 混合における間接CP対称性の破れパラメータはACPind = (−0.02 ± 0.22)%として測定され、ゼロと整合的だが、精度が向上した。
• 個別のCP非対称性はACP(D⁰ → π⁺π⁻) = (+0.31 ± 0.22)%およびACP(D⁰ → K⁺K⁻) = (−0.32 ± 0.21)%として決定され、世界で最も高精度な測定値である。
• これらの結果は、LHCbが観測したcharm崩壊におけるCP対称性の破れと整合的であり、charm系における顕著なCP対称性の破れ効果の存在を支持する。