[論文レビュー] Direct CP violation in charm at Belle

B. R. Ko|ArXiv.org|Dec 10, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 18

ひとこと要約

本論文は、全Belleデータセットを用いて、charm崩壊における直接CP対称性の破れの証拠を提示している。$D^+ \to K^0_S\pi^+$崩壊モードでは、ゼロからの3.2σのずれが観測され、$K^0-\bar{K}^0$混合と整合的である。また、$D^0 \to K^+K^-$と$D^0 \to \pi^+\pi^-$間のCP非対称性差異$\Delta A^{hh}_{CP} = (-0.87 \pm 0.41 \pm 0.06)\%$が報告されており、最近のLHCbおよびCDFの結果を支持している。

ABSTRACT

Using the full data sample collected with the Belle detector at the KEKB asymmetric-energy $e^+e^-$ collider, we have searched for CP violation of charmed mesons in $D^+ ightarrow K^0_Sπ^+$ and $D^0 ightarrow h^+h^-$ decays, where $h$ denotes $K$ and $π$. We observe evidence for CP violation in $D^+ ightarrow K^0_Sπ^+$ decay with 3.2 standard deviations away from zero, $(-0.363\pm0.094\pm0.067)%$, while the asymmetry is consistent with the expected CP violation due to the neutral kaon in the final state. No evidence for CP violation in $D^0 ightarrow h^+h^-$ is observed with $A^{KK}_{CP}=(-0.32\pm0.21\pm0.09)%$ and $A^{ππ}_{CP}=(+0.55\pm0.36\pm0.09)%$. The CP asymmetry difference between $D^0 ightarrow K^+K^-$ and $D^0 ightarrowπ^+π^-$ decays is also measured with $ΔA^{hh}_{CP}=(-0.87\pm0.41\pm0.06)%$, which is 2.1 standard deviations away from zero and supports recent LHCb and CDF measurements.

研究の動機と目的

• 全Belleデータサンプルを用いて、charm崩壊における直接CP対称性の破れを探索すること。
• $D^+ \to K^0_S\pi^+$、$D^0 \to K^+K^-$、$D^0 \to \pi^+\pi^-$崩壊におけるCP非対称性を測定すること。
• $D^0 \to K^+K^-$と$D^0 \to \pi^+\pi^-$間のCP非対称性差異$\Delta A^{hh}_{CP}$を決定し、直接CP対称性の破れを調べること。
• 最終状態粒子の検出非対称性や$e^+e^-$衝突における前後非対称性などの、検出器および運動論的効果を補正すること。
• 直接CP対称性の破れの寄与を、$K^0-\bar{K}^0$混合効果を差し引くことで分離すること。

提案手法

• CP非対称性は$A^{D\to f}_{CP} = \frac{\Gamma(D\to f) - \Gamma(\bar{D}\to \bar{f})}{\Gamma(D\to f) + \Gamma(\bar{D}\to \bar{f})}$として定義され、$D^+ \to K^0_S\pi^+$および$D^0 \to h^+h^-$崩壊における再構成信号yieldを用いて測定される。
• 検出器由来の非対称性（$A^f_\epsilon$）は、高統計の$c\bar{c}$共鳴状態からの制御サンプルと、過去のBelleの論文で用いられた手法を用いて補正される。
• 前後非対称性（$A_{FB}$）は、$CP$保存の$c\bar{c}$データを用い、charmメソン全体にわたる普遍性を仮定して補正される。
• $D^+ \to K^0_S\pi^+$の場合、$K^0-\bar{K}^0$相互作用の違いおよび時間に依存する$A^{\bar{K}^0}_{CP}$効果を補正する。
• 中心質量系におけるcharmメソンの極角のビンごとに非対称性を測定し、$A_{FB}$の反対称性を活用する。
• $\Delta A^{hh}_{CP}$は$A^{KK}_{CP}$と$A^{\pi\pi}_{CP}$の差として抽出され、間接CP対称性の破れおよび$A_{FB}$への感受性が低減される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $D^+ \to K^0_S\pi^+$崩壊モードに直接CP対称性の破れの証拠はあるか？
• RQ2 $D^0 \to K^+K^-$および$D^0 \to \pi^+\pi^-$崩壊における測定されたCP非対称性は何か？
• RQ3 $D^0 \to K^+K^-$と$D^0 \to \pi^+\pi^-$間の非対称性差異$\Delta A^{hh}_{CP}$がゼロからずれているか。これは直接CP対称性の破れを示唆するか？
• RQ4 測定されたCP非対称性は、$K^0-\bar{K}^0$混合による予想される$CP$対称性の破れとどのように比較できるか？
• RQ5 $K^0-\bar{K}^0$混合効果を差し引いた後、直接CP対称性の破れの寄与は何か？

主な発見

• $D^+ \to K^0_S\pi^+$崩壊では、$A^{D^+ \to K^0_S\pi^+}_{CP} = (-0.363 \pm 0.094 \pm 0.067)\%$というCP対称性の破れの証拠が得られ、ゼロからの3.2σのずれに対応する。
• 測定された非対称性は、$K^0-\bar{K}^0$混合による予想される$CP$対称性の破れと整合的であり、$A^{\bar{K}^0}_{CP}$を差し引くことで$A^{\Delta C}_{CP} = (-0.024 \pm 0.094 \pm 0.067)\%$が得られた。
• $D^0 \to K^+K^-$では$A^{KK}_{CP} = (-0.32 \pm 0.21 \pm 0.09)\%$、$D^0 \to \pi^+\pi^-$では$A^{\pi\pi}_{CP} = (+0.55 \pm 0.36 \pm 0.09)\%$と、有意なCP対称性の破れは観測されなかった。
• 非対称性差異$\Delta A^{hh}_{CP} = (-0.87 \pm 0.41 \pm 0.06)\%$はゼロからの2.1σのずれを示し、最近のLHCbおよびCDFの測定結果を支持する。
• LHCbおよびCDFの結果と組み合わせると、平均的な$\Delta A^{hh}_{CP}$は$(-0.74 \pm 0.15)\%$となり、HFAGフィットから$\Delta a^{\rm dir}_{CP} = (-0.678 \pm 0.147)\%$および$a^{\rm ind}_{CP} = (+0.027 \pm 0.163)\%$が得られた。