[論文レビュー] Testing the quantum arrow of time in weak decays

A. J. Bevan, G. Inguglia+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 18, 2013

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、Y(4S)およびpsi(3770)崩壊から生成される量子もつれB0およびD中間子対を用いて、すべてのクォークフラバー変換遷移（b→u,d,s,cおよびc→u,d,s）における弱崩壊の時間反転（T）対称性の検証を提案する。これらのもつれ状態が、T対称性の破れを強固に検証可能であることを示し、スピン1の最終状態へのペクトル粒子崩壊が、T対称性破れの感度を向上させる新しいCPフィルタリング基盤を提供することを明らかにする。

ABSTRACT

The laws of quantum physics can be studied under the mathematical operation T that inverts the direction of time. Strong and electromagnetic forces are known to be invariant under temporal inversion, however the weak force is not. The BaBar experiment recently exploited the quantum-correlated production of pairs of B0 mesons to show that T is a broken symmetry. Here we show that it is possible to perform a wide range of tests of quark flavour changing processes under T in order to validate the Standard Model of particle physics covering b to u, d, s, and c transitions as well as c to u, d and s transitions using entangled B and D pairs created in Y(4S) and psi(3770) decays. We also note that pseudoscalar decays to two spin one particle final states provide an additional set of CP filter bases to use for T violation tests.

研究の動機と目的

• すべてのクォークフラバー遷移における弱崩壊のT対称性破れの標準模型予測の妥当性を検証すること。
• 既知のb→c遷移にとどまらず、b→u,d,sおよびc→u,d,s遷移を含めたT対称性破れの検証を拡張すること。
• Y(4S)およびpsi(3770)崩壊から生成される量子もつれB0およびD中間子対を、時間反転対称性のプローブとして利用すること。
• T対称性破れの感度を向上させるために、具体的に2つのスピン1最終状態へのペクトル粒子崩壊を新たな実験的基盤として同定すること。

提案手法

• Y(4S)→B0B̄0およびpsi(3770)→D0D̄0崩壊によって生成されるB0-B̄0およびD0-D̄0対における量子もつれを利用する。
• もつれ対の時間順序崩壊系列解析を実施し、前向きおよび逆向きの崩壊過程を比較する。
• 明確に定義されたスピンおよび運動量相関を持つ最終状態を用いてCPフィルタリング技術を適用し、T奇の観測量を分離する。
• 2つのスピン1粒子への崩壊を示すペクトル粒子を、T対称性破れ検出における感度を向上させる新しいCPフィルタリング基盤として利用する。
• クォークフラバー変換遷移における時間反転奇の行列要素に敏感なT奇の相関関数を構築する。
• 時間反転された過程間の崩壊率非対称性を分析することで、T対称性破れを検出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 もつれB-D対を用いて、すべてのクォークフラバー変換遷移（b→u,d,s,cおよびc→u,d,s）におけるT対称性破れを検証可能か？
• RQ2 量子もつれB0およびD中間子崩壊が、弱崩壊におけるT対称性破れの観測をどのように可能にするか？
• RQ3 2つのスピン1最終状態へのペクトル粒子崩壊が、T対称性破れ検証におけるCPフィルタリングの感度を向上させる役割は何か？
• RQ4 BaBar実験のT対称性破れ結果は、同じもつれ対フレームワークを用いて、すべてのクォークフラバー遷移に一般化可能か？
• RQ5 T対称性破れ検出における感度を最大化するための最適な最終状態および相関観測量は何か？

主な発見

• Y(4S)およびpsi(3770)崩壊から生成されるもつれB0およびD中間子対は、すべてのクォークフラバー変換遷移におけるT対称性破れ検証のための多様なプラットフォームを提供する。
• この手法により、従来のb→cのみの解析にとどまらず、b→u,d,s,cおよびc→u,d,s遷移におけるT対称性破れの研究が可能になる。
• 2つのスピン1最終状態へのペクトル粒子崩壊は、T対称性破れ測定の感度を向上させる新しいCPフィルタリング基盤として同定された。
• 量子もつれを介して時間反転された崩壊振幅を直接比較できるため、モデルに依存しないT対称性検証が可能になる。
• このアプローチは、すべての既知の弱崩壊フラバー変換過程をカバーする一貫性があり一般化可能なT対称性破れのプローブ手法を提供する。
• もつれ状態の利用により、単一崩壊解析と比較して、系統的不確実性が低減された高精度なT対称性検証が可能になる。