[論文レビュー] (\Delta A_{CP})_{LHCb} and the fourth generation

A. Rozanov, M. I. Vysotsky|arXiv (Cornell University)|Nov 29, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 6被引用数 12

ひとこと要約

本稿では、LHCbが測定した∆ACP ≈ −0.82%という観測されたCP対称性の破れが、クォークおよびレプトンの第四世代によって説明可能であると提唱している。重い第四世代のボトムクォーク（b′）が、Vcb′V∗ub′要素に大きなCP対称性の破れ位相を持つ場合、標準模型の小さなCP非対称性を40倍に増幅させることで、実験データと整合するようになると示している。一方で、D0−D̄0混合の制約とも整合している。

ABSTRACT

LHCb collaboration measured CPV at the level of one percent in the difference of assymetries in $D^0(\bar D^0) o \pi^+ \pi^-, K^+ K^-$ decays. If confirmed on a larger statistics and final systematics this would mean New Physics manifestation. The fourth quark-lepton generation can be responsible for the observed effect.

研究の動機と目的

• LHCbが約1%レベルで測定したD0→π+π−およびD0→K+K−の崩壊における顕著なCP非対称性を説明すること。
• 特に重いb′クォークを伴う第四世代クォークが、D崩壊における観測されたCP対称性の破れを説明できるかどうかを調査すること。
• D0−D̄0混合データとCP非対称性測定値を用いて、Vcb′V∗ub′要素の大きさと位相を制約すること。
• 第四世代が、標準模型を越えたcharm崩壊における新しいCP対称性の破れの源として実現可能かどうかを評価すること。

提案手法

• 有効ハミルトニアンアプローチを用いて、penguinおよびツリー階層の寄与を含めたD→ππおよびD→KK崩壊におけるCP非対称性を計算する。
• Uスピン対称性の極限を適用することで、標準模型ではACP(π+π−) ≈ −ACP(K+K−)であるが、対称性の破れがずれを許容することを示す。
• 第四世代モデルにおいて、penguin振幅をVcb′V∗ub′およびf(mb′)を含む新しい項で修正する。ここでf(m) ≈ ln(MW/m)である。
• D0−D̄0混合率を用いて、b′¯b′ペアを含むボックス図により|Vcb′V∗ub′|を制約し、上限2×10−3を導出する。
• 第四世代モデルにおける∆ACPを標準模型の予測およびLHCb/CDFの実験値と比較する。
• ユニタリティの制約を適用し、第四世代のCKM行列が現在の実験的制限と整合することを保証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 第四世代クォークが、LHCbおよびCDFが観測したD中間子崩壊における大きなCP非対称性∆ACP ≈ −0.82%を説明できるか？
• RQ2 第四世代モデル内で観測された∆ACPを生成するためには、Vcb′V∗ub′要素の大きさと位相はどの程度必要か？
• RQ3 mb′ ≈ 500 GeVの重いb′クォークを含めると、標準模型と比較してD崩壊におけるpenguin振幅およびCP非対称性にどのような影響を与えるか？
• RQ4 第四世代モデルは、D0−D̄0混合測定値からの既存の制約と整合するか？
• RQ5 第四世代モデルが、標準模型のCP非対称性を、実験データと一致させるのに十分な程度に増幅できるか？

主な発見

• 第四世代モデルは、標準模型と比較してCP非対称性∆ACPを約40倍に増幅させ、LHCbが測定した∆ACP = −0.82%と一致させる。
• モデルは、第四世代のシナリオにおいてACP(π+π−) ≈ −ACP(K+K−)を予測しており、観測された∆ACPの符号および大きさと整合する。
• D0−D̄0混合データにより、|Vcb′V∗ub′|は≤ 2×10−3に制約され、上限はb′¯b′ボックス図が混合を支配する場合に相当する。
• 位相が10分の1に減少してもモデルは成立する。なぜなら対数的増幅ln(MW/mc) ≈ 4が依然として∆ACPの顕著な増加を可能にするからである。
• モデルは、現在の実験的制約レベルでD0−D̄0混合における観測可能なCP対称性の破れを予測しており、テスト可能なシグネチャを提供する。
• 第四世代の解はユニタリティの制約とも整合し、|Vub′| ≤ 1.5×10−2および|Vcb′| > 0.15が可能であり、|Vcb′V∗ub′| = 2×10−3が妥当な値であることを支持する。