[論文レビュー] Study of the $K^+ K^-$ invariant-mass dependence of CP asymmetry in $B^+ ightarrow K^+ K^- K^+$ decays

The BABAR Collaboration, J. P. Lees+1 more|arXiv (Cornell University)|May 18, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 5

ひとこと要約

本研究は、B A B ARおよびLHCbのデータを用いて、$B^+ \to K^+K^-K^+$崩壊における$K^+K^-$のインバリアント質量依存性についてCP非対称性を調査した。ダリーツ図全体にわたり、2つの実験間で一貫した$0.045 \pm 0.021$のグローバルオフセットが観測された。これは局所的な位相空間効果ではなく、系統的シフトを示唆している。

ABSTRACT

As a followup to the latest BABAR amplitude analysis of the decay $B^+ ightarrow K^+ K^- K^+$, we investigate the $K^+ K^-$ invariant-mass dependence of the CP asymmetry and compare it to that obtained by the LHCb collaboration. The results are based on a data sample of approximately $470 imes 10^6 B\bar{B}$ decays, collected with the BABAR detector at the PEP-II asymmetric-energy $B$ factory at the SLAC National Accelerator Laboratory.

研究の動機と目的

• B A B ARおよびLHCbの高精度なデータを用いて、$B^+ \to K^+K^-K^+$崩壊における$K^+K^-$インバリアント質量依存性のCP非対称性を調査すること。
• 特に$m_{K^+K^-}^2 \approx 1.6\,\text{GeV}^2/c^4$付近で観測されたB A B ARとLHCbのCP非対称性測定値の乖離を解明すること。
• 観測されたCP非対称性の差が統計的フラクチュエーション、系統的誤差、または標準模型を越えた真の物理的現象に起因するかを特定すること。
• 位相空間全体におけるCP非対称性のパターンの整合性を評価し、共鳴状態$K^+K^-$における直接CP違反の有意性を検討すること。

提案手法

• B A B AR実験の公開されたダリーツ図解析（Leesら、2012年）を用い、$m_{K^+K^-}^2$の関数として$A_{CP}$を抽出した。
• B A B ARの$A_{CP}$測定値と、同じ$m_{K^+K^-}^2$ビンにおける生のLHCb $A_{CP}^{RAW}$ データを比較し、一貫性を評価した。
• 統計誤差に基づく重みを用いて、ビン化された$A_{CP}$値の重み付き平均を計算し、実験間のグローバルオフセットを算出した。
• 16ビンにおけるB A B ARおよびLHCbの$A_{CP}$分布の統計的整合性を評価するため、$\chi^2$検定を実施した。
• B A B ARデータの系統的不確実性（$\sim 0.01$）を考慮し、非対称性比較への影響を評価した。
• 低質量および高質量の$K^+K^-$領域（$m_{K^+K^-,{\rm low}}$および$m_{K^+K^-,{\rm high}}$）を分析し、オフセットの一様性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測された$B^+ \to K^+K^-K^+$崩壊におけるCP非対称性は$K^+K^-$インバリアント質量に依存するか？ もしそうなら、ダリーツ図全体でどのように変化するか？
• RQ2 B A B ARとLHCbは、$m_{K^+K^-}^2 \approx 1.6\,\text{GeV}^2/c^4$付近で同じ位相空間領域において異なるCP非対称性値を報告しているが、その理由は何か？
• RQ3 B A B ARとLHCbのCP非対称性測定値の乖離は、統計的フラクチュエーション、系統的誤差、それとも真の物理的現象に起因するか？
• RQ4 2つの実験間の$A_{CP}$オフセットはダリーツ図全体で変化するのか、それとも概ね一定であるか？
• RQ5 B A B ARとLHCbの包括的$A_{CP}$値の差は一様なシフトで説明可能か？ これは直接CP違反の解釈にどのような意味を持つのか？

主な発見

• B A B ARおよびLHCbの$A_{CP}$分布は、ダリーツ図全体で形状がよく一致しており、16ビンにおける$\chi^2$は16.1であった。
• 低質量$K^+K^-$領域（$m_{K^+K^-,{\rm low}}$）において、B A B ARとLHCbの$A_{CP}$測定値間に一貫したグローバルオフセット$0.045 \pm 0.021$が観測された。
• 高質量$K^+K^-$領域（$m_{K^+K^-,{\rm high}}$）においても同様のオフセット$0.053 \pm 0.021$が確認され、位相空間全体にわたる一様なシフトが示された。
• オフセットは2標準偏差以内でゼロと整合的であり、$m_{K^+K^-}^2$に強く依存しないことから、共通の系統的要因に起因する可能性が高い。
• 観測されたオフセットは、B A B ARとLHCbが$B^+ \to \phi(1020)K^+$における直接CP違反について異なる結論に至っていることや、$m_{K^+K^-}^2 \approx 1.6\,\text{GeV}^2/c^4$付近での非対称性の符号・大きさに関する相違を説明している。
• 結果から、乖離は局所的な位相空間効果ではなく、実験間の未解決の系統的差に起因する可能性が高いと示唆される。