[論文レビュー] Direct CP Violation in B Decays

Michael Gronau|ArXiv.org|Jun 14, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 3被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、強いハドロン的不確実性が存在するにもかかわらず、直接CP対称性の破れがCKMフレームワークに対する正確なテストおよびニューサイエンスの感受性の高いプローブであることを示している。$B \to D^{(*)}K^{(*)}$、$ \pi^+\pi^-$、$ \rho^+\rho^-$、および$B^+ \to J/\psi K^+$における非対称性の分析を通じて、測定された非対称性がCKM位相$\gamma$を制約する方法、nullテストを通じてニューサイエンスを検出する方法、および$b \to s\bar{q}q$遷移におけるニューサイエンスのオペレーターのアイソスピン構造を明らかにする方法を示している。

ABSTRACT

We discuss several aspects of direct CP asymmetries in B decays, which are very useful in spite of hadronic uncertainties in asymmetry calculations. 1) Asymmetries in decays to $D^{(*)}K^{(*)}$, $π^+π^-, ρ^+ρ^-$, providing precision tests for the CKM phase $γ$. 2) Null tests in $B^+ o J/ψK^+, π^+π^0$, where a nonzero asymmetry provides evidence for New Physics. 3) Isospin and broken flavor SU(3) relations among CP asymmetries in $B o Kπ, ππ$ predicting $A_{CP}(B^0 o K^0π^0)$ and $A_{CP}(B^0 o π^0π^0)$. 4) The significance of $A_{CP}(B^0 o K^+π^-) e A_{CP}(B^+ o K^+π^0)$. 5) A potentially stringent constraint on $γ$ from $A_{CP}(B^+ o K^+π^0)$ and $R_c\equiv 2Γ(B^+ o K^+π^0)/Γ(B^+ o K^0π^+)$. 6) The role of direct CP asymmetries in $b o s\bar qq$ decays for studying the origin of potential New Physics.

研究の動機と目的

• 直接CP非対称性がハドロン的不確実性の影響を受けるものの、CKM位相$\\gamma$に対する正確な制約を提供することを示すこと。
• $B^+ \to J/\psi K^+$および$B^+ \to \pi^+\pi^0$におけるnullテストを特定し、非零の非対称性が観測された場合に、ニューサイエンスを明確に示すシグネチャーとなること。
• アイソスピンおよびフレーバーSU(3)対称性を用いて、$B \to K\pi$および$B \to \pi\pi$モード間のCP非対称性を関連づけ、SU(3)破れの予測とテストを可能にすること。
• $b \to s\bar{q}q$崩壊における直接CP非対称性が、ニューサイエンスオペレーターのアイソスピン構造をどのように明らかにするかを検討すること。
• C、$\Delta S$、およびアイソスピン非対称性の組み合わせ測定を用いて、標準模型のハドロン的不確実性からニューサイエンスの寄与を区別する手法を確立すること。

提案手法

• アイソスピン対称性を用いて$B^0 \to K^0\pi^0$、$B^0 \to \pi^0\pi^0$、および$B^+ \to K^+\pi^0$崩壊を関連づけ、$A_{CP}(K^0\pi^0) = -0.140 \pm 0.043$を予測する和則を導出する。
• フレーバーSU(3)対称性を用いて$A_{CP}(B^0 \to K^+\pi^-)$と$A_{CP}(B^0 \to \pi^+\pi^-)$を関連づけ、比$A_{CP}(K^+\pi^-)/A_{CP}(\pi^+\pi^-) = -\mathcal{B}(\pi^+\pi^-)/\mathcal{B}(K^+\pi^-)$を予測する。
• $B^+ \to K^+\pi^0$崩壊の非対称性と比$R_c = 2\Gamma(B^+ \to K^+\pi^0)/\Gamma(B^+ \to K^0\pi^+)$を用いて、$\gamma$を高い感度で制約する。
• $B^0 \to X K^0$崩壊における$C$および$\Delta S$非対称性を分析し、円関係$\left(\Delta S / \cos 2\beta\right)^2 + C^2 = (2\xi \sin \gamma)^2$を用いて、ハドロン的不確実性を超えたニューサイエンスの検出を可能にする。
• アイソスピン保存型非対称性$A_I = [\Gamma(XK^+) - \Gamma(XK^0)] / [\Gamma(XK^+) + \Gamma(XK^0)]$を導入し、$b \to s\bar{q}q$遷移におけるニューサイエンスオペレーターのアイソスピン構造（$\Delta I = 0$ または $1$）を調べる。
• 直接非対称性、混合誘導型非対称性、およびアイソスピン関係の相乗効果を用いて、$B \to \pi\pi$、$B \to K\pi$、および$B \to \rho\rho$モードにおけるニューサイエンス効果とハドロン的不確実性を区別する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ハドロン的不確実性が存在するにもかかわらず、$B \to D^{(*)}K^{(*)}$崩壊における直接CP非対称性がCKM位相$\gamma$を正確に決定できるか？
• RQ2 $B^+ \to J/\psi K^+$または$B^+ \to \pi^+\pi^0$における非零の直接CP非対称性が、ニューサイエンスの明確なシグネチャーとして機能する程度は？
• RQ3 アイソスピンおよびフレーバーSU(3)対称性をどのように用いて、$B \to K\pi$および$B \to \pi\pi$崩壊におけるCP非対称性を予測・テストできるか？
• RQ4 $B^+ \to K^+\pi^0$および$B^0 \to K^+\pi^-$における測定された非対称性は、標準模型で説明可能か、それともニューサイエンスを示唆するか？
• RQ5 C、$\Delta S$、および$A_I$測定の組み合わせにより、$b \to s\bar{q}q$崩壊に寄与する潜在的ニューサイエンスオペレーターのアイソスピン構造（$\Delta I = 0$ または $1$）はどのように特定できるか？

主な発見

• アイソスピン和則は$A_{CP}(B^0 \to K^0\pi^0) = -0.140 \pm 0.043$を予測し、SU(3)対称性およびハドロン力学に対する厳密なテストを提供する。
• 直接非対称性の比$A_{CP}(K^+\pi^-)/A_{CP}(\pi^+\pi^-)$は、分岐比の逆比と一致しており、フレーバーSU(3)対称性の妥当性が約10%の精度で確認されている。
• $A_{CP}(B^+ \to K^+\pi^0)$および$R_c - 1$の小さな値は、$\gamma$に対する強い制約を示しており、$\gamma = (72 \pm 6)^\circ$は現在最も正確な決定である。
• $B^+ \to J/\psi K^+$または$B^+ \to \pi^+\pi^0$における1%レベルの非零直接CP非対称性は、モデルに依存しないクリーンなニューサイエンスのシグネチャーとなる。
• $B^0 \to X K^0$崩壊における$C$および$\Delta S$非対称性は、$\left(\Delta S / \cos 2\beta\right)^2 + C^2 = (2\xi \sin \gamma)^2$で定義される円上に位置しており、ハドロン的不確実性を超えたニューサイエンスの検出が可能になる。
• アイソスピン非対称性$A_I$および$C$、$\Delta S$、$A_I$の組み合わせ測定は、$b \to s\bar{q}q$崩壊におけるニューサイエンス寄与が小さく、さらなる実験的精度が必要であることを示唆している。