[論文レビュー] New Belle results on D0 - D0bar mixing

Marko Staric|arXiv (Cornell University)|Dec 14, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 9

ひとこと要約

本論文では、976 fb$^{-1}$ のBelleデータを用いて、$K^+K^-$ および $\pi^+\pi^-$ 終状態への崩壊を分析することで、$D^0$-$\overline{D}^0$ 混在の新しい測定を提示する。研究では $y_{CP} = (1.11 \pm 0.22 \pm 0.11)\%$ および $A_{\Gamma} = (-0.03 \pm 0.20 \pm 0.08)\%$ を報告し、非ゼロの混在に対する有意水準は 4.5$\sigma$ であり、過去の測定と整合的で、顕著な間接CP対称性破れは示さない。

ABSTRACT

We report the new measurement of D0 - D0bar mixing in decays to K+K- and pi+pi- final states that is based on the total Belle data sample of 976 /fb. The preliminary results are y_CP=(1.11 +- 0.22 +- 0.11)% and A_Gamma=(-0.03 +- 0.20 +- 0.08)%.

研究の動機と目的

• より大きなデータサンプルを用いて、$D^0$-$\overline{D}^0$ 混在測定の精度を向上させること。
• 測定による $A_{\Gamma}$ を通じて、$D^0$ 混在におけるCP対称性破れの有無を調査すること。
• シリコンバーテックス検出器（SVD）の分解能効果およびずれを考慮することで、系統的不確実性を低減すること。
• 異なる崩壊モード（$K^+K^-$、$\pi^+\pi^-$、$K^-\pi^+$）および運動量領域ごとの測定の一貫性を検証すること。
• 標準模型の検証および新しい物理の制約を高めるために、$D^0$ 系における混在パラメータ $x$ と $y$ の更新された制約を提供すること。

提案手法

• 生成時の $D^0$ フレーバーを特定するため、$D^{*+} \to D^0\pi^+$ 崩壊を再構築し、$\Delta M$ および $\Delta q$ の運動量変数を用いる。
• $D^{*+}$ と $D^0$ の崩壊頂点間のベクトルを用いて、$D^0$ 候補の適切な崩壊時間を $t$ として測定し、イベントごとの不確実性 $\sigma_t$ を得る。
• $KK$、$K\pi$、$\pi\pi$ サンプルの適切な崩壊時間分布に対して、ガウス分布の混合としてモデル化された分解能関数を用いて、同時にビン化されたフィットを実行する。
• モンテカルロシミュレーションからのプル分布を用いて分解能関数をパrameter化し、$\sigma_t$ ビンおよび $\cos\theta^*$ に依存する平均 $\mu_i$ と幅 $\sigma_{ik}$ を定義する。
• 分解能関数にオフセット $t_0$ と非対称性パラメータ $a$ を含め、系統的バイアスを補正し、これらを自由パラメータとしてフィットに含める。
• $D^0$ のインヴァリアント質量におけるサイドバンド領域を用いて背景を差し引く。背景は、デルタ関数と有効寿命 $\tau_b$ の指数関数の和としてモデル化される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CP固有状態への崩壊における $D^0$ と $\overline{D}^0$ の相対的寿命差 $y_{CP}$ の正確な値は何か？
• RQ2 非ゼロの $A_{\Gamma}$ が観測されれば、$D^0$ 混在における間接CP対称性破れの証拠となるか？
• RQ3 特にSVDのずれに起因する系統的不確実性が、$y_{CP}$ および $A_{\Gamma}$ の測定に与える影響はどの程度か？
• RQ4 検出器の分解能効果および運動量バイアスが、抽出された混在パラメータにどの程度影響を及えるか？
• RQ5 新しい結果は、同じ崩壊モードにおける以前のBelleおよびBaBarの測定とどの程度一致するか？

主な発見

• $y_{CP} = (1.11 \pm 0.22 \pm 0.11)\%$ の測定値は、$D^0$-$\overline{D}^0$ 混在の強力な証拠を示し、統計的および系統的不確実性を合わせた際の有意水準は 4.5$\sigma$ に達する。
• $A_{\Gamma}$ パラメータは $(-0.03 \pm 0.20 \pm 0.08)\%$ と測定され、ゼロと整合的であり、$D^0$ 系において顕著な間接CP対称性破れは示さない。
• 統計的誤差のみを考慮した場合、$y_{CP} \neq 0$ の有意水準は 5.1$\sigma$ に達し、混在の観測をさらに強化する。
• 系統的不確実性は、主にSVDのずれに起因するが、これらは相対測定である $y_{CP}$ においてほとんど相殺される。
• 結果は、以前のBelle測定および同じ崩壊モードにおけるBaBar測定と良好に一致しており、$D^0$ 混在信号の一貫性が強化される。
• ビン化された $\cos\theta^*$ と分解能関数の詳細なパラメータ化により、検出器分解能および運動量バイアスに起因する系統的効果が良好に制御されていることが示された。