[論文レビュー] Observational Aspects of Symmetries of the Neutral B Meson System

M. Fidecaro, Hans-Jürg Gerber+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 13, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、中性BボソンのBABARおよびBelle実験を再分析し、B⁰- B̄⁰崩壊における観測されたCP対称性の破れが、主に崩壊行列の時間反転（T）対称性の破れに起因することを示す。ユニタリ行列形式と振幅干渉を用いて、T対称性の破れ（TT ≠ 0）が高精度で確認され、CPT対称性（TCP T ≈ 0）とB⁰- B̄⁰振動におけるCP対称性（ǫ ≈ 0, δ ≈ 0）も確認される。一方、運動反転対称性に基づく最近のT対称性の破れの定義は、より一般性に欠け、ハミルトニアンに基づく定義と整合しない。

ABSTRACT

We revisit various results, which have been obtained by the BABAR and Belle Collaborations over the last twelve years, concerning symmetry properties of the Hamiltonian, which governs the time evolution and the decay of neutral B mesons.We find that those measurements, which established CP violation in B meson decay, 12 years ago, had as well established T (time-reversal) symmetry violation. They also confirmed CPT symmetry in the decay (T_CPT = 0) and symmetry with respect to time-reversal (epsilon? = 0) and to CPT (delta? = 0) in the B0 ?B0bar oscillation.

研究の動機と目的

• BABARおよびBelleによる中性Bボソンの実験データを再評価し、観測されたCP対称性の破れにおけるT対称性の破れの役割を明確化すること。
• Bボソン崩壊におけるCP対称性の破れが、主に崩壊行列TにおけるT対称性の破れに起因することを示すこと。
• CPT対称性が崩壊振幅行列で成立すること（TCP T ≈ 0）と、B⁰- B̄⁰振動におけるCP対称性（ǫ ≈ 0, δ ≈ 0）を確認すること。
• 最近の運動反転対称性に基づくT対称性の破れの定義が、標準のハミルトニアンに基づく形式の特殊ケースにすぎないことを示すこと。
• ΛおよびT行列における対称性の破れパラメータと観測量を結びつける統一的で現象論的な枠組みを提供すること。

提案手法

• エンタングルされたB⁰- B̄⁰対の時間発展と崩壊をモデル化するため、Weisskopf-Wigner近似を用いる。状態は |Ψ⟩ = (|B⁰⟩|B̄⁰⟩ − |B̄⁰⟩|B⁰⟩)/√2 として記述される。
• 2×2複素行列 Λ（質量および幅の混合）と T（崩壊振幅）を用いた行列形式を適用し、∆m, γ, ǫ, δ, T₁₁, T₂₂ をパrameter化する。
• 行列要素から観測量を導出する：ΛT = 2ǫ(∆m)²（振動におけるT対称性の破れ）、TT = Im(T₁₁⋆T₂₂)（崩壊におけるT対称性の破れ）、TCP T = |T₁₁|² − |T₂₂|²（崩壊におけるCPT対称性の破れ）、ΛCP T = 2δ∆m（振動におけるCP対称性の破れ）。
• 時間依存する崩壊率 |Af₁,f₂(t)|² を、振幅 A = ⟨f₁,f₂|Ψ⟩ = (⟨f₁|T|B⁰⟩⟨f₂|T e⁻ⁱΛᵗ|B̄⁰⟩ − ⟨f₁|T|B̄⁰⟩⟨f₂|T e⁻ⁱΛᵗ|B⁰⟩)/√2 を用いて解析し、cos(∆mt)、sin(∆mt)、指数的減衰を含む式を得る。
• 測定された分布（例：{1}–{2}, {5}–{6}）を比較し、q₁ + q₆ − q₂ − q₅ = 0 などの恒等式を用いてパラメータを制約する。
• 最近の運動反転対称性に基づく主張（例：[12]）を、TCP T ≈ 0 の仮定の下で特殊ケースとして再解釈し、それがデータと整合することを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測されたBボソン崩壊におけるCP対称性の破れは、主に崩壊振幅行列におけるT対称性の破れに起因しているか？
• RQ2 B⁰- B̄⁰振動行列（Λ）と崩壊行列（T）におけるT対称性の破れの役割は何か？
• RQ3 運動反転対称性に基づく最近のT対称性の破れの定義は、標準のハミルトニアンに基づく形式と整合するか？
• RQ4 実験データは、崩壊および振動領域におけるT、CPT、CP対称性の破れを区別できるか？
• RQ5 BABARおよびBelleのデータは、パラメータǫ, δ, TT, TCP T にどのような制約を課すか？

主な発見

• 2001–2003年のBボソン崩壊におけるCP対称性の破れの発見は、主に崩壊振幅行列におけるT対称性の破れ（TT ≠ 0）に起因し、CP対称性の破れと同等の統計的有意水準を示す。
• データは、崩壊行列におけるCPT対称性（TCP T ≈ 0）と振動行列におけるCP対称性（ǫ ≈ 0, δ ≈ 0）を確認する。
• T対称性の破れと関連するとされるパラメータǫは、0に近いことが判明（ǫ ≈ 0）し、これは∆Γ = 0 ならばǫ = 0 であるという主張と矛盾する。
• 測定された分布におけるsin(∆mt)依存性はTT ≠ 0 を確認するが、cos(∆mt)項が存在しないことは、TCP T ≈ 0 およびRe(δ) ≈ 0 を示唆する。
• 再分析により、運動反転に基づくT対称性の破れの定義（例：[12]）は、標準形式の特殊ケースであることが判明し、TCP T ≈ 0 の仮定が必要であるが、これは一般には成り立たない。
• 真のTおよびCPT対称性の破れのシグネチャは、それぞれ {2a} − {2b} − {2c} + {2d} ∝ −8TT sin(∆mt) および {2a} + {2b} + {2c} + {2d} ∝ −4TCP T として特定される。