[論文レビュー] Triple product asymmmetries in $\Lambda_b$ and $\Xi_b$ decays

Michael Gronau, Jonathan L. Rosner|arXiv (Cornell University)|Jun 3, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 11被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、$λ_b$ および $ϩ_b^0$ バリオンのcharmless最終状態（パイオン、カイオン、プロトンまたは $Σ^+$ ヒッグス粒子を含む）への4体崩壊におけるCP対称性破れの三重積非対称性を調査する。ペングイン振幅とツリー振幅の違いを活用し、最終状態位相を変化させるために共鳴状態の部分系を利用する。著者らは、このような非対称性が、charm付き崩壊からの制御によって検出器および生成率の不確実性が最小限に抑えられるため、CP対称性破れの明確なプローブであることを示している。

ABSTRACT

The LHCb experiment is capable of studying four-body decays of the $b$-flavored baryons $\\Lambda_b$ and $\\Xi_b^0$ to charmless final states consisting of charged pions, kaons, and baryons. We remark on the search in such modes for CP-violating triple product asymmetries and for CP rate asymmetries relative to decays involving charmed baryons.

研究の動機と目的

• CP対称性破れを示す三重積非対称性を、$λ_b$ および $ϩ_b^0$ バリオンのcharmless最終状態への4体崩壊で特定・分析すること。
• bバリオンと反バリオンの生成率が不均衡である実験的バイアスを低減するため、charmlessおよびcharm付き崩壊におけるCP非対称性を比較すること。
• プロトンおよび $Σ^+$ ヒッグス粒子を含む崩壊を関連付けるUスピン対称性を活用し、CP非対称性の系統的比較を可能にすること。
• 4体崩壊における共鳴状態2体部分系が、CP対称性破れに不可欠な大きな測定可能な最終状態位相を生成する方法を調査すること。
• LHCb実験が、バリオン崩壊におけるCP非対称性の精密測定を通じて新物理を探索するためのフレームワークを提供すること。

提案手法

• Uスピン対称性を用いて振幅を関連させ、プロトン、$Σ^+$、電荷を帯びたパイオン、およびカイオンを含む最終状態への $λ_b$ および $ϩ_b^0$ の4体崩壊を分析する。
• $Δ S = 0$ および $|Δ S| = 1$ 遷移におけるペングインおよびツリー階層の振幅を検討し、弱位相は主に $V_{ub}$ に支配され、強い位相は共鳴構造によって調整される。
• 三重積非対称性 $\mathcal{A}_T = \frac{1}{2}(A_T - \bar{A}_T)$ をCP対称性破れの観測量として用いる。ここで $A_T$ はバリオン崩壊における非対称性、$\bar{A}_T$ は反バリオン崩壊における非対称性である。
• 崩壊過程における2体組み合わせから形成される共鳴状態部分系（例：$N^{*0}$, $\rho^0$, $\bar{K}^{*0}$）を検討し、ほぼ $180^\circ$ にわたる大きな測定可能な位相差を生成する。
• ペングインおよびツリー振幅の崩壊トポロジーを比較し、共鳴状態生成における初期位相配置の違いが、CP対称性破れに敏感な干渉効果を生じることを示す。
• charmlessおよびcharm付き最終状態間のCP率非対称性の差を用いることで、検出器および生成率バイアスを著しく低減できることを提唱し、真のCP対称性破れへの感度を向上させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CP対称性破れを示す三重積非対称性は、$λ_b$ および $ϩ_b^0$ バリオンの4体崩壊において、CP対称性破れの明確なプローブとして機能できるか？
• RQ2 charmless崩壊におけるペングインおよびツリー振幅の共鳴状態生成トポロジーにはどのような相違があり、その相違が測定可能なCP対称性破れ位相を生成できるか？
• RQ3 不均衡なバリオン-反バリオン生成率に起因する実験的バイアスから、charmless崩壊におけるCP非対称性をどの程度隔離できるか？
• RQ4 Uスピン対称性は、プロトンおよび $Σ^+$ ヒッグス粒子を含む崩壊におけるCP非対称性をどのように関連付けるか？また、実験的測定にどのような意味を持つのか？
• RQ5 4体崩壊における共鳴状態2体部分系は、観測可能なCP対称性破れ三重積非対称性を生成するのに十分な位相差を提供できるか？

主な発見

• ペングイン振幅とツリー振幅の弱位相および強い位相が異なり、干渉するため、$λ_b$ および $ϩ_b^0$ のcharmless 4体崩壊において三重積非対称性 $\mathcal{A}_T$ は非ゼロであると予想される。
• 2体部分系におけるブライト＝ヴァイナー共鳴状態を走査することで、ペングインとツリー振幅間の相対的強い位相はほぼ $180^\circ$ にわたって変化し、CP対称性破れの可能性を最大限に高める。
• プロトンを含む崩壊と $Σ^+$ ヒッグス粒子を含む崩壊はUスピン対称性によって関連付けられ、それらの統合CP率非対称性は絶対値は等しく、符号が逆であると予測される。
• charmlessおよびcharm付き最終状態におけるCP非対称性を比較することで、同じ最終状態粒子が両方の状況で使用されるため、検出器および生成率バイアスを顕著に低減できる。
• $b \to u\bar{u}s$ 遷移におけるツリー振幅は、$b \to s$ ペングイン振幅とは異なる共鳴パターンを示し、初期位相配置の違いがCP対称性破れ干渉を強化する。
• $(p\pi^-)(\pi^+K^-)$ や $(p\bar{p})(pK^-)$ のような準2体崩壊が質量分布を支配することが多く、ヒステリシティ振幅パラメータ化を用いてCP非対称性を分析できる。