[논문 리뷰] Charm mixing and CPV

F. Ferrari|arXiv (Cornell University)|2019. 06. 26.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 4인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 LHCb 협력팀이 시간에 따라 변화하는 $D^0 \to K^+K^-$ 및 $D^0 \to \pi^+\pi^-$ 붕괴 측정을 통해 쿠르트 붕괴에서의 CP 위반을 처음으로 관측했다. $\pi$-태그 및 $\mu$-태그 샘플의 원시 비대칭을 비교하고, 탐지 및 생성 비대칭을 상쇄하기 위해 운동량 가중치를 적용함으로써 분석은 CP 비대칭 차이를 분리하였으며, 직접적인 CP 위반에 대해 3.5 표준편차의 유의수준을 확보하였다.

ABSTRACT

In these proceedings, recent results on time-dependent and time-integrated measurements of $C\!P$ violation and of meson mixing in the charm sector are presented, including the first observation of $C\!P$ violation in the charm system.

연구 동기 및 목표

• 시간 적분 및 시간에 따라 변화하는 측정을 이용하여 쿠르트 메손 붕괴에서 직접적인 CP 위반을 탐색하기 위해.
• LHCb 및 Belle 협력팀의 데이터를 사용하여 쿠르트 영역에서 CP 위반 매개변수를 더 정밀하게 측정하기 위해.
• $D^0 \to K^0_S \pi^+ \pi^-$ 붕괴 모드에서 혼합 매개변수 $x_{CP}$, $y_{CP}$, $\Delta x$, 및 $\Delta y$ 를 결정하기 위해.
• 표준모형 예측의 쿠르트 영역에서의 CP 위반을 검증하고 새로운 물리학을 탐색하기 위해.
• 지금까지 가장 정밀한 단일 실험적 쿠르트 혼합 및 CP 위반 매개변수 결정을 달성하기 위해.

제안 방법

• $D^0 \to K^0_S \pi^+ \pi^-$ 붕괴 모드에서 CP 위반 혼합 매개변수를 모델에 의존하지 않는 박스-플립 방법을 사용하여 측정하기 위해.
• 강한 위상 차이가 일정하게 유지되도록 $m^2_+$와 $m^2_-$를 중심으로 대칭적인 박스로 다이아트 플롯을 나누기 위해.
• 붕괴 시간에 따라 신호 수확량의 비율을 $+b$ 및 $-b$ 박스에서 측정하여 $z_{CP} \pm \Delta z$ 를 추출하기 위해.
• $K^+K^-$ 및 $\pi^+\pi^-$ 최종 상태 간의 생성 및 탐지 비대칭을 상쇄하기 위해 운동량 가중치를 적용하기 위해.
• 신호 및 배경 수확량을 추출하기 위해 $m(D^{*+})$ 및 $m(D^{0})$ 질량 분포에 동시에 최소 제곱법 피팅을 수행하기 위해.
• 통계량을 향상시키고 시스템적 오차를 줄이기 위해, 즉각적인 $D^{*+} \to D^0\pi^+$ 및 반반파쇄성 $\overline{B} \to D^0\mu^-\overline{\nu}_\mu$ 붕괴의 조합을 사용하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 특히 $D^0 \to K^+K^-$ 및 $D^0 \to \pi^+\pi^-$ 모드에서 쿠르트 붕괴에 직접적인 CP 위반이 존재하는가?
• RQ2 쿠르트 시스템에서 CP 평균 혼합 매개변수 $x_{CP}$ 및 $y_{CP}$ 의 가장 정밀한 측정치는 무엇인가?
• RQ3 혼합 매개변수 $\Delta x$ 및 $\Delta y$ 는 쿠르트 영역에서의 CP 보존과 일치하는가?
• RQ4 LHCb의 결과는 쿠르트 혼합 및 CP 위반에 대한 세계 평균에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 쿠르트 시스템에서의 CP 위반 관측의 의미는 무엇이며, 이는 새로운 물리학을 시사하는가?

주요 결과

• 쿠르트 영역에서의 첫 번째 CP 위반 관측 결과가 $D^0 \to K^+K^-$ 및 $D^0 \to \pi^+\pi^-$ 붕괴 모드에서 3.5 표준편차의 유의수준으로 보고되었다.
• 측정된 CP 비대칭 차이 $\Delta A_{CP} = A_{CP}(K^+K^-) - A_{CP}(\pi^+\pi^-)$ 는 $(0.014 \pm 0.004)\%$ 로, 비제로인 CP 위반과 일치한다.
• CP 평균 혼합 매개변수는 $x_{CP} = (2.7 \pm 1.6 \pm 0.4) \times 10^{-3}$ 및 $y_{CP} = (7.4 \pm 3.6 \pm 1.1) \times 10^{-3}$ 로 측정되었다.
• 혼합 매개변수 $\Delta x = (-0.53 \pm 0.70 \pm 0.22) \times 10^{-3}$ 및 $\Delta y = (0.6 \pm 1.6 \pm 0.3) \times 10^{-3}$ 는 0과 일치하여 간접적인 CP 위반이 유의미하게 존재하지 않음을 시사한다.
• 세계 평균과 $x_{CP}$ 결과를 조합함으로써, 3.5σ 수준에서 $x > 0$ 에 대한 첫 번째 증거를 확보하였다.
• 분석은 지금까지 가장 정밀한 단일 실험적 쿠르트 혼합 및 CP 위반 매개변수 결정을 보여주었으며, 시스템적 오차는 주로 제2차 붕괴와 재구성 비효율성에 의해 지배된다.