[論文レビュー] sin(2beta): Status and Prospects

G. Raven|arXiv (Cornell University)|Jul 25, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、Bファクトリーにおける非対称e⁺e⁻衝突型加速器（SLAC PEP-IIおよびKEK KEK-B）を用いたB⁰ → J/ψK₀S,L崩壊における時間に依存するCP非対称性を用いた、標準模型におけるCP対称性の破れを示す重要なパラメータsin(2β)の測定の現状と展望をレビューしている。B A B ARおよびBelle実験は、B中間子におけるCP対称性の破れの直接観測を達成し、CKM行列のユニタリティ三角形による間接的制約を上回る精度でsin(2β)を測定し、標準模型によるCP対称性の破れの記述が妥当であることを確認した。

ABSTRACT

An overview of the observation of CP violation in the neutral B system, and the measurements of the CP violating asymmetry sin(2beta) with B to charmonium K^0_{S,L} events, performed by the BaBar and Belle experiments at the SLAC and KEK B factories is given. In addition, the measurements of sin(2beta) with several other modes are described, including B to phi KS, which, as the leading contribution is from a loop diagram, could be sensitive to physics beyond the Standard Model.

研究の動機と目的

• Bファクトリーを用いたB⁰系におけるCP対称性の破れ測定の実験的状況を要約すること。
• B⁰ → J/ψK₀S,L崩壊における時間に依存するCP非対称性を用いたsin(2β)の直接測定を提示すること。
• 希少B⁰崩壊（例：B⁰ → φK₀S、B⁰ → η′K₀S）が、標準模型を超える新しい物理をどのように探るかの感受性を評価すること。
• sin(2β)の直接測定とCKMユニタリティ三角形からの間接的制約を比較すること。
• 複数の崩壊モードが標準模型のsin(2β)予測とどの程度整合しているかを評価すること。

提案手法

• 非対称e⁺e⁻Bファクトリー（SLAC PEP-IIおよびKEK KEK-B）におけるB⁰ → J/ψK₀S,L崩壊の時間に依存するCP非対称性解析を用いる。
• B⁰とB̄⁰の崩壊点間の固有時間差Δtを測定し、Δz/c⟨βγ⟩に比例するようにして崩壊時間分布を再構築する。
• CP非対称性パラメータS = 2Im(λ)/(1 + |λ|²)を抽出する。ここでλ = η_f e^(-2iβ) はCP固有状態fに対して定義される。
• 振幅解析と角度分布を適用して、ベクトル＝ベクトル崩壊（例：D*+D*−）におけるCP奇およびCP偶成分を分離する。
• 時間に依存する崩壊率に対するモデルに依存しないフィットを実施：f±(Δt) = e^(-|Δt|/τ_B⁰)/(4τ_B⁰) [1 ± S sin(Δm_d Δt) ∓ C cos(Δm_d Δt)]。
• B A B ARおよびBelle実験の結果を統合し、複数の崩壊モードにわたる平均SおよびC係数を抽出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 BファクトリーにおけるB⁰ → J/ψK₀S,L崩壊を用いたsin(2β)の現在の実験的精度はどの程度か？
• RQ2 B⁰ → φK₀S や B⁰ → η′K₀S などの希少B⁰崩壊は、sin(2β)の標準模型予測と一致するCP非対称性を示しているか？
• RQ3 非charm中間子モードにおけるSまたはC係数のずれが、標準模型を超える新しい物理を示唆できるか？
• RQ4 sin(2β)の直接測定とCKMユニタリティ三角形からの間接的決定とを比較すると、どのような結果となるか？
• RQ5 B⁰ → η′K₀S および B⁰ → D*+D*− モードにおけるプンゲンの寄与は、抽出されたsin(2β)の値にどの程度影響を及えるか？

主な発見

• B A B ARおよびBelle実験は、B⁰ → J/ψK₀S,L崩壊を用いて、B⁰系におけるCP対称性の破れの直接観測を達成した。
• B⁰ → J/ψK₀S,L崩壊からのsin(2β)の直接測定は、CKM行列のユニタリティ制約を上回る精度に達し、標準模型による記述が妥当であることを確認した。
• B⁰ → η′K₀S に対しては、B A B ARの測定でS = 0.02 ± 0.34 ± 0.03、Belleの測定でS = 0.71 ± 0.37⁺⁰.⁰⁵₋₀.⁰⁶であり、sin(2β)からの有意なずれは認められなかった。
• B⁰ → D*+D*− に対しては、B A B ARの測定でS = 0.32 ± 0.43 ± 0.13、C = 0.02 ± 0.25 ± 0.09であり、標準模型の予測と整合的であった。
• B⁰ → D*+D− に対しては、S = -0.82 ± 0.75 ± 0.14、C = -0.47 ± 0.40 ± 0.12であり、標準模型の予測から有意なずれは認められなかった。
• 複数のモードにわたる平均SおよびC係数は、sin(2β)よりわずかに低い傾向を示しているが、現在の実験的不確かさでは新しい物理に関する明確な結論は得られていない。