[論文レビュー] Measurement of $CP$ asymmetries in $D^+_{(s)} ightarrow ηπ^+$ and $D^+_{(s)} ightarrow η^{\prime} π^+$ decays

LHCb collaboration, Aaij, Roel+1013 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、LHCb実験が √s = 13 TeV の pp 衝突データ 6 fb⁻¹ を用いて、D⁺ → ηπ⁺、Dₛ⁺ → ηπ⁺、D⁺ → η′π⁺、および Dₛ⁺ → η′π⁺ 衰えにおける CP 違反の最も精密な測定を報告する。生産および検出の非対称性を相殺するために、D⁺ → ϕπ⁺ および Dₛ⁺ → ϕπ⁺ を制御チャネルとして用いることで、すべてのモードで顕著な CP 違反は観測されず、ACP 値はすべてゼロと整合的である。

ABSTRACT

Searches for $CP$ violation in the decays $D^+_{(s)} ightarrow ηπ^+$ and $D^+_{(s)} ightarrow η^{\prime} π^+$ are performed using $pp$ collision data corresponding to 6 fb$^{-1}$ of integrated luminosity collected by the LHCb experiment. The calibration channels $D^+_{(s)} ightarrow ϕπ^+$ are used to remove production and detection asymmetries. The resulting $CP$-violating asymmetries are $A^{CP}(D^+ ightarrow ηπ^+) = (0.34 \pm 0.66 \pm 0.16 \pm 0.05)\%$, $A^{CP}(D^+_s ightarrow ηπ^+) = (0.32 \pm 0.51 \pm 0.12)\%$, $A^{CP}(D^+ ightarrow η^{\prime} π^+) = (0.49 \pm 0.18 \pm 0.06 \pm 0.05)\%$, $A^{CP}(D^+_s ightarrow η^{\prime} π^+) = (0.01 \pm 0.12 \pm 0.08)\%$, where the first uncertainty is statistical, the second is systematic and the third, relevant for the $D^+$ channels, is due to the uncertainty on $A^{CP}(D^+ o ϕπ^+)$. These measurements, currently the most precise for three of the four channels considered, are consistent with the absence of $CP$ violation. A combination of these results with previous LHCb measurements is presented.

研究の動機と目的

• D⁺ → ηπ⁺、Dₛ⁺ → ηπ⁺、D⁺ → η′π⁺、および Dₛ⁺ → η′π⁺ 衰えにおける CP 違反を、より高い精度で測定すること。
• 単一のカビボ・スプリングされたモードにおける charm 衰えの標準模型予測の小さな CP 違反を、非対称性の測定によって検証すること。
• 同じ運動学的および検出器応答特性を持つ制御チャネルを用いて、生産および検出の非対称性による系統的バイアスを低減すること。
• これまでの LHCb 測定結果と組み合わせることで、charm 衰えにおける CP 違反に対する全体の感度を向上させること。

提案手法

• LHCb 実験が収集した √s = 13 TeV の pp 衝突データ 6 fb⁻¹ を使用する。
• η および η′ メソンを γπ⁺π⁻ の崩壊モードを通じて再構築し、最終状態粒子を用いて崩壊頂点を再構築する。
• D⁺(s) → f⁺ および D⁻(s) → f⁻ 衰えのイベント収量から、原始的非対称性 Araw を測定する。
• 生産および検出の非対称性を相殺するために、制御チャネル D⁺ → ϕπ⁺ および Dₛ⁺ → ϕπ⁺（ϕ → K⁺K⁻）を用いたキャリブレーションを適用する。
• 既知の ACP(D⁺ → ϕπ⁺) = (0.005 ± 0.051)% を外部入力として用いて、残存非対称性を補正する。
• 統計的および系統的不確実性を伝搬させながら、年、磁場極性、および主頂点数による8つのサブサンプルの結果を重み付き結合する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 単一のカビボ・スプリングされたモード D⁺ → ηπ⁺ および D⁺ → η′π⁺ において、CP 違反の証拠はあるか？
• RQ2 Dₛ⁺ → ηπ⁺ および Dₛ⁺ → η′π⁺ 衰えにおける CP 非対称性測定の精度は何か？ また、これまでの測定と比べてどうか？
• RQ3 生産および検出の非対称性は、原始的非対称性にどの程度影響を与えるか？ また、同じ性質を持つ制御チャネルを用いて効果的に相殺できるか？
• RQ4 新しい測定結果は、理論的予測およびcharm 系のこれまでの実験結果とどのように一致するか？

主な発見

• ACP(D⁺ → ηπ⁺) = (0.34 ± 0.66 ± 0.16 ± 0.05)%, 本モードにおける現在までで最も精密な測定。
• ACP(D⁺ → η′π⁺) = (0.49 ± 0.18 ± 0.06 ± 0.05)%, これも現在までで最も精密な測定であり、ゼロからの有意水準は 2.7σ である。
• ACP(Dₛ⁺ → η′π⁺) = (0.01 ± 0.12 ± 0.08)%, ゼロと整合的で、標準模型と一致する。
• ACP(Dₛ⁺ → ηπ⁺) = (0.32 ± 0.51 ± 0.12)%, ゼロと整合的で、これまでの測定結果とも一致する。
• これまでの LHCb 測定結果を含めた全データの組み合わせ結果として、ACP(D⁺ → ηπ⁺) = (0.13 ± 0.50 ± 0.18)%, 依然として CP 違反なしと整合的である。
• 同じ制御チャネルを用いた ACP 測定間の相関は 1% 未塔であり、共有キャリブレーションに起因する系統的バイアスは最小限であることが示された。