[論文レビュー] LHCb $\bigtriangleup A_{CP}$ of $D$ meson and R-Parity Violation

Xue Chang, Ming-Kai Du+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 12, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、特定の $\lambda'^\prime_{122}$ および $\lambda'^\prime_{112}$ コアリングを有するR-カウント保存破れ超対称性（RPV-SUSY）が、$D$ メソン崩壊における大きな直接CP対称性破れ $\Delta A_{CP}^{\text{dir}} \approx -0.82\%$ を説明可能であると提案している。一方、$K$ メソンおよび $B$ メソンにおけるCP対称性破れは標準模型（SM）の予測と整合的である。この増幅効果は、RPV相互作用によって媒介される、樹形図とペンギン振幅の干渉によって生じる。この干渉は、$K$ や $B$ メソン崩壊からの実験的制約を引き起こさずに、$D$ メソンのCP非対称性を特異的に増幅する。

ABSTRACT

LHCb collaboration has recently announced a measurement of the difference of time-integrated CP asymmetries between $D ightarrow K^+K^-$ and $D ightarrow π^+π^-$. This result provides the evidence of large direct CP violation in $D$ meson and reveals some important implications on underlying new physics. It is shown that the direct CP violation in $D$ meson can be enhanced by R-parity violating supersymmetry, while CP violations in $K$ and $B$ mesons are suppressed by this new physics, which is in consistence with previous experiments. Constraints on the model parameters and some consequences are also discussed.

研究の動機と目的

• 観測された $D$ メソン崩壊における大きな直接CP対称性破れ $\Delta A_{CP}^{\text{dir}} \approx -0.82\%$ を説明すること。これは標準模型（SM）の予測から顕著に逸脱している。
• R-カウント保存破れ超対称性が、$D$ メソンのCP対称性破れを増幅させつつ、$K$ メソンおよび $B$ メソン系における寄与を抑制できるかを検討すること。
• レプトンフレーバー破れおよび $D$ メソンのCP非対称性に関する実験的制限を用いて、RPV-SUSYのパラメータ空間を制約すること。
• 予測されたスカラークォークおよび特異な崩壊チェーンからの、LHCにおける実現可能な物性的シグナルを同定すること。

提案手法

• CKM位相を含む、樹形図とペンギン図を用いたSM振幅を用いて、$D^0 \to \pi^+\pi^-$ および $D^0 \to K^+K^-$ 崩壊における直接CP非対称性をモデル化する。
• RPV相互作用によって媒介される新しいペンギンおよび樹形図振幅を生成するため、$\lambda'^\prime_{122}$ および $\lambda'^\prime_{112}$ コアリングを導入する。
• 時空的グルーオン運動量の解析接続を用いて、新しい振幅の虚数部を推定し、ハドロン行列要素およびクォーク質量を組み込む。
• RPVコアリングの関数としての合計直接CP非対称性を導出し、LHCbの測定値と比較する。
• レプトンフレーバー破れおよび $K$-メソンのCP非対称性に関する実験的制限を適用し、$\lambda'^\prime_{ijk}$ コアリングの許容可能なパラメータ空間を制限する。
• インバリアント質量再構成および運動学的カットを用いて、標準模型のバックグラウンドと区別可能な、特異な最終状態を伴う $\tilde{q}\tilde{q}$ および $\tilde{q}e$ 生産といった、LHCにおける観測可能なシグナルを予測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 R-カウント保存破れ超対称性は、$K$ メソンおよび $B$ メソンのCP非対称性を破壊することなく、観測された $\Delta A_{CP}^{\text{dir}} \approx -0.82\%$ を説明できるか？
• RQ2 観測された $D$-メソン直接CP非対称性の増幅を生じさせるために、どの特定のRPVコアリング（$\lambda'^\prime_{ijk}$）が必要か？
• RQ3 $K$-メソンおよび $B$-メソンのCP非対称性に関する制限は、$\lambda'^\prime_{122}$ および $\lambda'^\prime_{112}$ の許容可能な値をどのように制限するか？
• RQ4 このRPV-SUSYモデルにおける予測されたスカラークォークおよび特異な崩壊のための、LHCにおける実現可能なシグナルは何か？
• RQ5 なぜRPVメカニズムは、$K$ や $B$ メソンよりも $D$ メソンにおけるCP非対称性を優先的に増幅させるのか？

主な発見

• モデルは、$A_{CP}^{\text{dir}}(D^0 \to \pi^+\pi^-) \approx 0.35\%$ および $A_{CP}^{\text{dir}}(D^0 \to K^+K^-) \approx -0.36\%$ を予測し、$\Delta A_{CP}^{\text{dir}} \approx -0.71\%$ を得る。これはLHCbの測定値 $-0.82\% \pm 0.25\%$ に近く、一致している。
• この $D$-メソンCP非対称性の増幅は、SM振幅と新しいRPV振幅の干渉によって生じる。新しい寄与は $\mathrm{Im}(\lambda'^\prime_{122}\lambda'^\prime_{112*})$ に比例し、SMペンギン寄与に対して40倍の増幅を受ける。
• 新しい図がオンシェル内部状態を生成しないため、$K$-メソンCP非対称性に関する実験的制限を満たしており、顕著な虚数部を生じさせない。
• 制約 $|\lambda'^\prime_{i22}\lambda'^\prime_{i12*}| < 2.11 \times 10^{-5} \left(\frac{m_{\tilde{d}_{kR}}}{100\,\text{GeV}}\right)^2$ により、$m_{\tilde{d}_{R}} \geq 13\,m_{\tilde{e}}$ が得られ、RPV-SUSYのパラメータ空間が強く制限される。
• モデルは、スカラークォークのペア生成（$\tilde{q}\tilde{q}$）および単一生成（$\bar{q}e$）による観測可能なLHCシグナルを予測する。特異な最終状態は、インバリアント質量再構成および運動学的カットを用いて、標準模型のバックグラウンドと区別可能である。
• $D^0$-$\bar{D}^0$ 混成はCKM抑制により無視できるほど小さく、$K$-メソンの混成は変化せず、既存のデータと整合的である。