[論文レビュー] CP violation induced by the interference of scalar and vector resonances in three-body decays of bottom mesons

Zhen-Hua Zhang, Xin‐Heng Guo+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 23, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、スカラー（f₀(500)）とベクトル（ρ⁰(770)）共鳴状態の干渉によって、バリオン中間子の三体崩壊における大規模で局所的なCP対称性の破れを説明するメカニズムを提案する。このモデルは、m(π+π−)≈f₀(500)の領域でLHCbが観測した30%を超えるCP非対称性を説明でき、非対称性は相対的な強い位相δ̃に依存しており、データと一致させるにはδ̃が200°から249°の間にある必要がある。

ABSTRACT

Large CP violation is an interesting phenomenon both theoretically and experimentally. Last year, LHCb Collaboration found in some three-body decays of bottom mesons that large CP violations appear in regions of the Dalitz plots that are not dominated by contributions from narrow resonances. In this paper, we present a mechanism which can induce such kind of large CP violations. In this mechanism, large localized CP asymmetries in phase space can be induced by the interference of two intermediate resonances with different spins. We also apply this mechanism to the decay channel $B^\pm o K^\pm π^+π^-$.

研究の動機と目的

• LHCbが観測したB±→K±π+π−崩壊における、特に幅広い共鳴状態が支配しない領域での大規模で局所的なCP非対称性を説明すること。
• スカラーと共鳴状態の干渉が、三体B中間子崩壊において顕著なCP対称性の破れを生成できるかどうかを調査すること。
• 実験的CP非対称性データを再現するために必要な干渉振幅間の強い位相を特定すること。
• 類似した崩壊に対して以前のモデルと比較して自由パラメータを削減することで、理論的記述を単純化すること。

提案手法

• 最終状態粒子の不変質量二乗の関数として一般化された振幅展開を、ルジャンドル多項式を用いて行い、係数は中間共鳴状態のスピンに依存する。
• スピンが異なる2つの共鳴状態（J=0 と J=1）からの寄与を和としてモデル化し、干渉項がCP対称性の破れを誘導できることを示す。
• B±→K±π+π−にこの形式を適用し、m(π+π−)≈f₀(500)の領域に注目し、ρ⁰(770)とf₀(500)を支配的中間状態として扱う。
• 形因子と1つの自由パrameter（相対的な強い位相δ̃）を用いて振幅をパラメータ化し、モデルの複雑さを最小限に抑える。
• 理論的微分CP非対称性をg(sK±π∓)の関数としてLHCbのデータと比較し、形因子にはモノポール近似を適用する。
• 零反動領域での形因子を固定（F₁(B→K)(0)=0.35、A₀(B→ρ)(0)=0.28、F₀(B→f₀)(0)=0.3）し、ポール質量を約5–6 GeVと仮定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スカラーと共鳴状態の干渉が、LHCbが観測したB±→K±π+π−における大規模で局所的なCP非対称性を説明できるか？
• RQ2 実験的CP非対称性データを再現するために、f₀(500)とρ⁰(770)振幅間の相対的な強い位相δ̃がどの範囲に必要か？
• RQ3 m(π+π−)がf₀(500)に近いとき、K±π∓系の不変質量に応じてCP非対称性はどのように変化するか？
• RQ4 幅広い共鳴状態が支配的でないにもかかわらず、ダリーツプロットの特定の領域でのみCP非対称性が顕著であるのはなぜか？
• RQ5 1つの自由パラメータ（δ̃）のみを含む簡略化されたモデルが、この崩壊における観測されたCP非対称性のパターンをうまく記述できるか？

主な発見

• f₀(500)とρ⁰(770)の干渉は、幅広い共鳴状態が支配的でない場合でも、B±→K±π+π−のダリーツプロットにおいて大規模で局所的なCP非対称性を生成できる。
• g(sK±π∓) > 0.5 のとき、K±π∓系の不変質量が小さい領域で微分CP非対称性が大きくなり（30%を超える）、顕著になる。
• g(sK±π∓) < 0 のとき、K±π∓系の不変質量が大きい領域ではCP非対称性が小さくなり、LHCbが観測したこの領域におけるほぼゼロの非対称性と一致する。
• 実験データを再現するには、相対的な強い位相δ̃が200°から249°の間にある必要があり、δ̃=220°が非対称性パターンを良好に再現する。
• 自由パラメータを1つ（δ̃）に削減したため、類似した崩壊に対して以前のモデルよりも著しく単純化されたモデルとなっている。
• g(sK±π∓)の関数としての理論的CP非対称性予測は、小さな非対称性から大きな非対称性への明確な遷移を示しており、LHCbのデータと整合的である。