[論文レビュー] $ ho-\omega$ mixing contribution to the measured $CP$ asymmetry of $B^\pm o \omega K^\pm$

Zhen-Hua Zhang, S. Yang+1 more|arXiv (Cornell University)|May 19, 2020

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ひとこと要約

この論文は、実験的に測定された B± → ωK± 衰えにおけるCP非対称性（Aexp_CP）が、非可視な寄与を伴う ρ−ω 混在によって、従来定義された非対称性（Acon_CP）とは異なることを特定している。その寄与は ∆Aρω_CP ≈ 0.01+0.01−0.02 として定量的に示されている。著者らは BaBar の B± → π+π−K± データからこの補正を抽出し、それが測定された Aexp_CP と同程度の大きさであることを示しており、ρ−ω 混在が ω を含むB崩壊におけるCP非対称性測定に顕著に影響を与えている可能性を示唆している。

ABSTRACT

We study the $CP$ asymmetry of $B^\pm o \omega K^\pm$ with the inclusion of the $ ho-\omega$ mixing mechanism. It is shown that the $CP$ asymmetry of $B^\pm o\omega K^\pm$ experimentally measured ($A_{CP}^{ ext{exp}}$) and conventionally defined ($A_{CP}^{ ext{con}}$) are in fact different, which relation can be illustrated as $A_{CP}^{ ext{exp}}=A_{CP}^{ ext{con}}+\Delta A_{CP}^{ ho\omega}$, with $\Delta A_{CP}^{ ho\omega}$ the $ ho-\omega$ mixing contribution to $A_{CP}^{ ext{exp}}$. $A_{CP}^{ ext{exp}}$ is in fact the regional $CP$ asymmetry of $B^\pm o\pi^+\pi^-\pi^0 K^\pm$ when the invariant mass of the three pions lies in the vicinity of the $\omega$ resonance. The numerical value of $\Delta A_{CP}^{ ho\omega}$ is extracted from the experimental data of $B^\pm o\pi^+\pi^-K^\pm$ and is found to be comparable with $A_{CP}^{ ext{exp}}$, hence, nonnegligible. The conventionally defined $CP$ asymmetry, $A_{CP}^{ ext{con}}$, is obtained from the values of $A_{CP}^{ ext{exp}}$ and $\Delta A_{CP}^{ ho\omega}$, and is compared with the theoretical calculations in the literature.

研究の動機と目的

• B± → ωK± 衰えにおける測定CP非対称性に及ぼす ρ−ω 混在の影響を調査すること。
• この崩壊モードにおける理論的予測と実験的測定の間の乖離を解明すること。
• ρ−ω 混在が実験的に観測されたCP非対称性に与える寄与を定量化し、従来定義された非対称性とは区別すること。
• ωメソンを含むB崩壊におけるCP非対称性の再評価のためのフレームワークを提供すること。ここで ρ−ω 混在が非可視である可能性がある。

提案手法

• 論文は、Aexp_CP = Acon_CP + ∆Aρω_CP の関係を用いて、測定CP非対称性 Aexp_CP を Acon_CP と ∆Aρω_CP に分離する。
• B± → π+π−π0K± の崩壊振幅を、直接的なω崩壊と ρ0 → ω 崩壊の寄与（ρ−ω 混在経由）の和としてモデル化する。
• ρ−ω 混在パラメータ δρω(s) は、有効結合および伝播関数構造から導出され、δρω(s) ≡ Π∗_ρω(s)/sρ と定義される。
• BaBar の B± → π+π−K± 分析から抽出された振幅パラメータを用い、実験的フィットの不確実性を組み込んで、∆Aρω_CP を計算する。
• 補正を計算するために、式 ∆Aρω_CP ≈ −2ℜ[(∆xρ + i∆yρ)/(xω + iyω) · ˜Πρω(m²ω)Π∗_ρω(m²ω)/(m²ω − m²ρ + imρΓρ)²] が用いられる。
• 抽出された ∆Aρω_CP の値は、BaBar の振幅パラメータと ρ−ω 混在行列要素から得られ、実験的不確実性に基づいた誤差伝搬が行われる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ρ−ω 混在は B± → ωK± 衰えにおける測定CP非対称性にどのように影響を与えるか？
• RQ2 ρ−ω 混在寄与 ∆Aρω_CP は、実験的に測定された Aexp_CP に対してどの程度の大きさか？
• RQ3 なぜ B± → ωK± における測定CP非対称性は理論的予測に比べて極めて小さいのか？
• RQ4 実験と理論の乖離は、新物理ではなく ρ−ω 混在効果によって説明可能か？
• RQ5 ω を含むB崩壊において、従来定義されたCP非対称性 Acon_CP は、実験的に測定された Aexp_CP と顕著に異なるか？

主な発見

• 実験的に測定されたCP非対称性 Aexp_CP は、ρ−ω 混在のため、従来定義された非対称性 Acon_CP とは異なり、Aexp_CP = Acon_CP + ∆Aρω_CP である。
• BaBar の B± → π+π−K± データから抽出された ρ−ω 混在寄与 ∆Aρω_CP は約 0.01+0.01−0.02 である。
• この ∆Aρω_CP の値は、測定された Aexp_CP = −0.02 ± 0.04 と同程度の大きさであり、非可視でなく無視できないことが示唆される。
• 従来定義されたCP非対称性は Acon_CP = −0.03 ± 0.04+0.02−0.01 であると判明し、Aexp_CP よりも理論的予測と整合性が良い。
• 解析により、ρ−ω 混在は特にωが π+π−π0 を通じて再構成される場合、ωを含むB崩壊におけるCP非対称性測定に顕著に影響を与えることが明らかになった。
• 著者らは、BaBar から抽出された振幅に大きな不確実性があること、今後のより高精度な振幅解析が必要であることを警告している。