[論文レビュー] Search for CP violation in $D^{\pm} ightarrow K^0_{\mathrm{S}} K^{\pm}$ and $D^{\pm}_{s} ightarrow K^0_{\mathrm{S}} \pi^{\pm}$ decays

R. Aaij, B. Adeva+698 more|arXiv (Cornell University)|Jun 10, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 30被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、LHCb実験が取得した3 fb$^{-1}$の$pp$衝突データを用いて、Cabibbo抑制型$D^\pm \to K^0_\mathrm{S} K^\pm$および$D^\pm_s \to K^0_\mathrm{S} \pi^\pm$崩壊におけるCP対称性の破れを探索した。測定されたCP対称性破れの非対称性はゼロと整合的である：$\mathcal{A}_{CP}^{D^\pm \to K^0_\mathrm{S} K^\pm} = (+0.03 \pm 0.17 \pm 0.14)\%$および$\mathcal{A}_{CP}^{D^\pm_s \to K^0_\mathrm{S} \pi^\pm} = (+0.38 \pm 0.46 \pm 0.17)\%$であり、CP対称性の破れの証拠なしに、これまでで最も精度の高い測定結果となった。

ABSTRACT

A search for \CP violation in Cabibbo-suppressed $D^{\pm} ightarrow K^0_{\mathrm{S}} K^{\pm}$ and $D^{\pm}_{s} ightarrow K^0_{\mathrm{S}} \pi^{\pm}$ decays is performed using $pp$ collision data, corresponding to an integrated luminosity of 3~fb$^{-1}$, recorded by the LHCb experiment. The individual $CP$-violating asymmetries are measured to be \begin{eqnarray*} \mathcal{A}_{CP}^{D^{\pm} ightarrow K^0_{\mathrm{S}} K^{\pm}} & = & (+0.03 \pm 0.17 \pm 0.14) \% \mathcal{A}_{CP}^{D^{\pm}_{s} ightarrow K^0_{\mathrm{S}} \pi^{\pm}} & = & (+0.38 \pm 0.46 \pm 0.17) \%, \end{eqnarray*} assuming that $CP$ violation in the Cabibbo-favoured decays is negligible. A combination of the measured asymmetries for the four decay modes $D^{\pm}_{(s)} ightarrow K^0_{\mathrm{S}} K^{\pm}$ and $D^{\pm}_{(s)} ightarrow K^0_{\mathrm{S}} \pi^{\pm}$ gives the sum \[ \mathcal{A}_{CP}^{D^{\pm} ightarrow K^0_{\mathrm{S}} K^{\pm}} + \mathcal{A}_{CP}^{D^{\pm}_{s} ightarrow K^0_{\mathrm{S}} \pi^{\pm}} = (+0.41 \pm 0.49 \pm 0.26) \%. \] In all cases, the first uncertainties are statistical and the second systematic. The results represent the most precise measurements of these asymmetries to date and show no evidence for CP violation.

研究の動機と目的

• 高精度のデータを用いて、Cabibbo抑制型$D^\pm \to K^0_\mathrm{S} K^\pm$および$D^\pm_s \to K^0_\mathrm{S} \pi^\pm$崩壊におけるCP対称性の破れを探索すること。
• これらの崩壊モードにおける$CP$非対称性を、統計的および系統的精度を向上させることで測定すること。
• 標準模型の予測である、これらのCabibbo有利崩壊におけるCP対称性破れの無視できる大きさを、測定された非対称性をゼロと比較することで検証すること。
• 四つの崩壊モード（$D^\pm_{(s)} \to K^0_\mathrm{S} K^\pm$および$D^\pm_{(s)} \to K^0_\mathrm{S} \pi^\pm$）の結果を統合し、潜在的なCP対称性破れに対する感度を高めること。

提案手法

• 解析には、大型ハドロン衝突型加速器でLHCb実験が取得した3 fb$^{-1}$の$pp$衝突データを使用した。
• 運動学的およびトポロジカル基準（$K^0_\mathrm{S}$の$\pi^+ \pi^-$崩壊頂点からの再構築を含む）に基づいて、$D^\pm$および$D^\pm_s$崩壊を抽出した。
• CP対称性破れの非対称性は、$\mathcal{A}_{CP} = (\Gamma(D \to f) - \Gamma(\bar{D} \to \bar{f})) / (\Gamma(D \to f) + \Gamma(\bar{D} \to \bar{f}))$として定義され、$f$は最終状態を表す。
• 統計的不確実性はトイモンテカルロシミュレーションにより推定され、系統的不確実性は制御サンプルおよび解析選択条件の変更を用いて評価された。
• 合成非対称性は、個々の$D^\pm \to K^0_\mathrm{S} K^\pm$および$D^\pm_s \to K^0_\mathrm{S} \pi^\pm$測定値の重み付き平均として計算された。
• Cabibbo有利崩壊におけるCP対称性破れが無視できるという仮定を用いて、Cabibbo抑制型モードにおけるCP対称性破れ信号の解釈をした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Cabibbo抑制型崩壊$D^\pm \to K^0_\mathrm{S} K^\pm$において、CP対称性破れの証拠はあるか？
• RQ2 $D^\pm_s \to K^0_\mathrm{S} \pi^\pm$崩壊モードにおけるCP対称性破れの大きさは何か？
• RQ3 測定された$D^\pm \to K^0_\mathrm{S} K^\pm$および$D^\pm_s \to K^0_\mathrm{S} \pi^\pm$崩壊におけるCP非対称性は、実験的不確実性の範囲内でゼロから逸脱しているか？
• RQ4 四つの崩壊モードの組み合わせによるCP対称性破れに対する感度は何か？また、非対称性の合計は非ゼロの信号を示唆しているか？

主な発見

• $D^\pm \to K^0_\mathrm{S} K^\pm$の測定CP対称性破れ非対称性は$\mathcal{A}_{CP}^{D^\pm \to K^0_\mathrm{S} K^\pm} = (+0.03 \pm 0.17 \pm 0.14)\%$であり、ゼロと整合的である。
• $D^\pm_s \to K^0_\mathrm{S} \pi^\pm$の測定CP対称性破れ非対称性は$\mathcal{A}_{CP}^{D^\pm_s \to K^0_\mathrm{S} \pi^\pm} = (+0.38 \pm 0.46 \pm 0.17)\%$であり、これもゼロと整合的である。
• 四つの崩壊モードにおける合成非対称性の合計は$\mathcal{A}_{CP}^{\text{sum}} = (+0.41 \pm 0.49 \pm 0.26)\%$であり、ゼロからの有意な逸脱は認められない。
• これらの結果は、これまでで最も精度の高い測定結果であり、高度な再構築およびキャリブレーション技術により、統計的および系統的不確実性が最小限に抑えられた。
• どの研究された崩壊モードに対してもCP対称性破れの証拠は観測されず、標準模型の予測である、これらのCabibbo抑制型崩壊における小さなCP対称性破れを支持する。
• 達成された精度により、標準模型を超える新しい物理が$D$中間子の混合およびCP対称性破れに寄与する可能性をより厳密に制限できるようになった。