[論文レビュー] Direct CP Violation in D Decays in view of LHCb and CDF Results

Bhubanjyoti Bhattacharya, Michael Gronau+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 3, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 23被引用数 16

ひとこと要約

この論文は、観測されたD中間子の崩壊における直接CP対称性の破れ（ΔACP ≈ −0.7%）が、CKM係数 V*cbVub に支配されるCP対称性の破れを示すペングイン振幅の 1/mc 矯正によって強化されることを提案する。破れたSU(3)フラバー対称性の枠組みを用いて、D⁰→K⁺K⁻ と D⁰→π⁺π⁻ の崩壊の間の大きな率の差を10%のUスピン破れペングイン振幅によって説明し、charm中間子崩壊におけるCP非対称性の相関関係と特定の符号パターンを予測する。

ABSTRACT

The LHCb and CDF Collaborations have recently reported evidence for a CP asymmetry around -0.7% in $ΔA_{CP}$, the difference between $A_{CP}(D^0 o K^+ K^-)$ and $A_{CP}(D^0 o π^+π^-)$. In the Standard Model this effect may be accounted for by enhanced $1/m_c$ corrections in a CP-violating penguin amplitude governed by a Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM) factor $V^*_{cb}V_{ub}$. A consistent scheme based on broken flavor SU(3) is presented relating Cabibbo-favored (CF) and singly-Cabibbo-suppressed (SCS) $D$ meson decay rates into two pseudoscalars. Two important ingredients supporting the above interpretation for $ΔA_{CP}$ are a large exchange amplitude in CF decays which is formally $1/m_c$-suppressed, and a pure $ΔU=0$ U-spin breaking CP-conserving penguin amplitude involving $V^*_{cs}V_{us}$ and $V^*_{cd}V_{ud}$ which accounts for the difference between the $D^0 o K^+K^-$ and $D^0 o π^+π^-$ decay rates. The magnitudes of the CP conserving and CP violating penguin amplitudes, where the former involves U-spin breaking at a level of 10%, are shown to be related to each other by the magnitudes of corresponding CKM factors. This simple scheme leads to preferable sign predictions for CP asymmetries in charmed meson decays into two pseudoscalars and to correlations between asymmetries in two pairs of these processes.

研究の動機と目的

• 標準模型内で、D⁰→K⁺K⁻ および D⁰→π⁺π⁻ の崩壊における観測された直接CP対称性の破れ（ΔACP ≈ −0.7%）を説明すること。
• 破れたSU(3)フラバー対称性の枠組みを用いて、|A(D⁰→K⁺K⁻)|/|A(D⁰→π⁺π⁻)| ≈ 1.8 という大きな率比を説明すること。
• CP対称性の破れ非対称性の起源を、V*cbVub を含むペングイン振幅に対する 1/mc 矯正として特定すること。
• 未知の強い位相を持つ単一の複素ペングイン振幅に基づいて、異なるD崩壊モードにおけるCP非対称性の相関関係を予測すること。
• ニューサイエンスの検証可能なシグネチャを提供すること、例えばACP(D⁺→π⁺π⁰) > 0.1% が非ゼロであること。

提案手法

• Cabibbo有利（CF）および単一Cabibbo抑制（SCS）のD崩壊振幅を2つのベクトル状態に分けるために、破れたフラバーSU(3)スキームを用いる。
• Uスピン破れの2つの要因を導入する：(1) ΔU=1 樹形振幅における崩壊定数およびフォーム因子の比、および (2) 純粋なΔU=0 CP保存ペングイン振幅。
• CP対称性の破れを示すペングイン振幅 Pb を、V*cbVub に比例するとし、1/mc 矯正がその大きさを強化するとモデル化する。
• Uスピン破れペングイン振幅（P+PA）の大きさを、測定されたΔACPに正規化し、10%の破れスケールを推定する。
• SCS崩壊におけるCP非対称性を、複素ペングイン振幅 Pb 及びその未知の強い位相 δ の関数として導出する。
• ACP(D⁰→π⁺π⁻) と ACP(D⁰→K⁺K⁻) の間、および ACP(D⁰→π⁰π⁰) と ACP(D⁺→K⁺K̄⁰) の間の相関関係を、δ の関数として予測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 D⁰→K⁺K⁻ および D⁰→π⁺π⁻ の崩壊における観測された ΔACP ≈ −0.7% は、標準模型内でのCP対称性の破れペングイン振幅に対する 1/mc 矯正によって説明可能か？
• RQ2 Uスピン破れは、D⁰→K⁺K⁻ と D⁰→π⁺π⁻ の崩壊の間の大きな率差を説明するために果たす役割は何か？
• RQ3 異なるD崩壊モードにおけるCP非対称性の相関関係は、ペングイン振幅の強い位相 δ をどのように制限するか？
• RQ4 Uスピン破れ効果を考慮した上で、測定された非対称性が単一の複素ペングイン振幅 Pb と V*cbVub によって一貫して説明可能か？
• RQ5 特に D⁺→π⁺π⁰ または D⁺→K⁺K̄⁰ 崩壊において、提案されたSU(3)に基づく枠組みを否定または確認する実験的シグネチャは何か？

主な発見

• 測定された ΔACP ≈ −0.7% は、V*cbVub を含むCP対称性の破れペングイン振幅 Pb と、1/mc 矯正による強化と整合的である。
• 率比 |A(D⁰→K⁺K⁻)|/|A(D⁰→π⁺π⁻)| ≈ 1.8 を説明するためには、10%のUスピン破れペングイン振幅（P+PA）が必要である。
• この枠組みは、D⁰→π⁺π⁻、K⁺K⁻、π⁰π⁰、および D⁺→K⁺K̄⁰ におけるCP非対称性が数×10⁻³のオーダーであると予測し、未知の強い位相 δ に依存した特定の符号パターンを示す。
• ACP(D⁰→π⁺π⁻) と ACP(D⁰→K⁺K⁻) の間、および ACP(D⁰→π⁰π⁰) と ACP(D⁺→K⁺K̄⁰) の間の相関関係が、δ の関数として予測される。
• ACP(D⁺→π⁺π⁰) > 0.1% が非ゼロであれば、ΔI=3/2 演算子によるニューサイエンスの明確な証拠となる。
• D⁰→K⁰K̄⁰ においてCP非対称性が観測されない（uクォークの最終状態がないため）ことは、Pb 振幅のクリーンなテストであり、任意のずれはニューサイエンスを示唆する。