[論文レビュー] Probing CP Asymmetries in Charm Baryons Decays

I. I. Bigi|arXiv (Cornell University)|Jun 20, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 3被引用数 10

ひとこと要約

本稿では、CDF/D0および将来のLHCb、PANDA、Super-B実験における$p\bar{p}$衝突データを用いて、$\Lambda_c^+ \to pK^+\pi^-$や$\Lambda_c^+ \to p\pi^+\pi^-$のような一重および二重Cabibbo抑制型の三体最終状態における、charmバリオン崩壊における直接CP対称性の破れをプローブすることを提案する。主な貢献は、二重Cabibbo抑制型崩壊において標準模型の背景が存在しないため、局所的CP非対称性を通じてニューダイナミクスを検出するのに適しており、分散関係などの理論的ツールによりニューダイナミクスの特徴をより深く理解できる点にある。

ABSTRACT

With the first evidence of direct CP violation in $D^0 o K^+K^-/π^+π^-$ there is a strong reason to probe CP asymmetries in charm baryons in three-body final states $Λ_c o pπ^+π^-/pK^+K^-$ & $Λ_c o pK^+π^-$ with $Λ_c o pK^-π^+$ to calibrate them. Analyzing the Dalitz plots carefully allows to find the 'existence' of New Dynamics (ND) and its `features'. One can test different methods to probe CP asymmetries. Final data from CDF and D0 experiments have advantage by comparing $Λ_c $ with $\bar Λ_c $ directly from $p \bar p $ collisions. LHCb will need more data with $\bar Λ_c$ transitions.

研究の動機と目的

• チャームバリオン崩壊における直接CP対称性の破れを調査すること、特に、標準模型（SM）の寄与が無視できる荷電ハドロンを含む三体最終状態において。
• 標準模型のCP対称性破れ振幅が存在しないため、$\Lambda_c^+ \to pK^+\pi^-$および$\Lambda_c^+ \to p\pi^+\pi^-$崩壊がニューダイナミクス（ND）のクリーンなプローブとして有用であることを示すこと。
• ニューダイナミクス効果にほとんど感受しないCabibbo有利型$\Lambda_c^+ \to pK^-\pi^+$崩壊を用いて、CP非対称性測定のキャリブレーションを行うこと。
• CDF/D0、LHCb、PANDA、Super-B実験からの将来のデータを活用し、CP非対称性を観測し、ニューダイナミクスの特徴を抽出すること。
• ダリーツプロットのビニングと統計的有意水準の測定を用いた、モデルに依存しない解析手法を開発し、局所的CP非対称性を検出すること。

提案手法

• 各位相空間ビン$i$に対して、$S_{CP}(i) = \frac{N(i) - \bar{N}(i)}{\sqrt{N(i) + \bar{N}(i)}}$という有意水準測定を用いて、ダリーツプロットのビニングによるCP非対称性を分析する。
• 二項分布を用いて、CP非対称性推定子$A^{\rm bin}_{CP}$の期待分布をモデル化し、平均$\mu = 2P - 1$および分散$\sigma^2 = \frac{4P(1-P)}{N}$をとる。
• $\mathcal{O}(\lambda^6)$の精度まで拡張したCKM行列のパラメータ化を用いて、高次の弱位相を含め、$|V_{ub}/V_{cb}|$のデータを考慮する。
• 分散関係を用いて$p\pi$、$pK$、$\pi K$系における最終状態相互作用をモデル化し、CP奇の観測量の理論的解析を可能にする。
• $\Lambda_c^+ \to pK^+\pi^-$と$\bar{\Lambda}_c^- \to \bar{p}K^-\pi^+$を比較することで、潜在的なニューダイナミクス寄与を分離する。
• ニューダイナミクス効果にほとんど感受しないことから、$\Lambda_c^+ \to pK^-\pi^+$をキャリブレーションチャンネルとして用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準模型の寄与が無視できる二重Cabibbo抑制型のcharmバリオン崩壊、たとえば$\Lambda_c^+ \to pK^+\pi^-$において、直接CP対称性の破れを検出可能か？
• RQ2 ダリーツプロットにおける局所的CP非対称性と三体charmバリオン崩壊におけるグローバル非対称性の比較は、ニューダイナミクス検出にどのような意味を持つのか？
• RQ3 分散関係を用いてモデル化された最終状態相互作用は、$p\pi$および$pK$最終状態におけるCP非対称性の形状にどのような役割を果たすか？
• RQ4 どのようにして$\Lambda_c^+ \to pK^-\pi^+$崩壊が、他の最終状態におけるCP非対称性測定のキャリブレーションに用いられるか？
• RQ5 標準模型の背景寄与がある場合、$\Lambda_c^+ \to p\pi^+\pi^-$や$\Lambda_c^+ \to pK^+K^-$のような一重Cabibbo抑制型崩壊におけるCP非対称性の観測の見通しはいかがなものか？

主な発見

• 標準模型では、二重Cabibbo抑制型$\Lambda_c^+ \to pK^+\pi^-$崩壊にはCP対称性の破れが予測されない。これは、弱位相が無視できる単一のクォークレベル振幅によるものであり、ニューダイナミクスの検出に非常に適している。
• $D^0 \to K^+K^-/\pi^+\pi^-$におけるSM由来のCP非対称性の期待値は$\Delta A_{CP} \sim (0.5-0.6) \times 10^{-3}$と推定され、charmバリオン研究におけるわずかだが測定可能な背景を示している。
• ダリーツプロットにおける局所的CP非対称性は、通常グローバル非対称性よりも大きいことが示され、三体崩壊におけるニューダイナミクスの検出感度が向上する。
• 分散関係による最終状態相互作用の理論的モデリングは、特に$p\pi$および$pK$系においてCP奇の観測量を解釈する上で不可欠である。
• CDFおよびD0実験では、$p\bar{p}$衝突における$\Lambda_c$および$\bar{\Lambda}_c$崩壊の直接比較が可能であり、CP非対称性測定において特筆すべき利点を持つ。
• 将来のLHCb、PANDA、Super-B実験は、charmバリオンにおけるCP非対称性をプローブし、ニューダイナミクスの特徴を抽出するのに必要なデータを提供する。