[논문 리뷰] CP, T and CPT analyses in EPR - correlated $ B^0 \bar B ^0 $ decays

Ezequiel Álvarez|ArXiv.org|2006. 03. 14.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 14인용 수 3

한 줄 요약

이 학위논문은 B-팩토리에서 생성된 얽힌 $B^0\bar{B}^0$ 쌍에서 T, CP, CPT 대칭성을 조사하며, $B^0$-$\bar{B}^0$ 구분 불가능성의 상실을 통한 CPT 위반 탐지를 위해 새로운 관측량—특히 동일 전하의 이론적 쪽 붕괴에서의 $A_{sl}$ 비대칭성—을 제안한다. CPT 위반 매개변수 $\omega$에 대한 선형 보정을 유도하며, 작은 시간에서 $A_{sl}$ 가 강한 $\Delta t$-의존성을 보임을 보여주어 기존의 $A_{sl}$ 데이터를 활용해 $\omega$에 대한 첫 실험적 한계를 설정한다.

ABSTRACT

In this work we study the T, CP and CPT symmetries in the B-meson system. Our analysis and results are addressed to the case of correlated mesons in the B-factories. In the first set of theory and results we investigate the consequences of these discrete symmetries in the B-mixing and interference between mixing and decay. With the help of the CP-tag we compute all possible intensities and asymmetries which concern flavour-specific and CP Golden Plate decays. Our proposed observables are a new self-consistency check for the Standard Model, as well as a new exploration for the traces of the discrete symmetries in the B-system. In the second set of results we study CPT violation in the initial state of the B-factories through the loss of indistinguishability of $B^0$ and $\bar B^0$. We show that, if the consequence of Bose statistic is relaxed, then the equal-sign dilepton events are considerably modified. We analyze the demise of flavour tagging and we also prove that the equal-sign charge asymmetry, $A_{sl}$, is an optimal observable where to look for this new CPT violation effect. The detailed study of this asymmetry allows us to predict different behaviours according to the possible values of the CPT violating parameter $\w$. We conclude that the best observable where to find traces of this novel kind of CPT violation is the analysis of $A_{sl}$ at small $\Dt$'s. We use existing data on $A_{sl}$ to put the first limits on $\w$.

연구 동기 및 목표

• B-팩토리에서의 얽힌 $B^0\bar{B}^0$ 붕괴에서 CP, T, CPT 대칭성을 시험하기 위한 새로운, 자가 일관된 관측량을 개발하기.
• 초기 상태에서 $B^0$-$\bar{B}^0$ 구분 불가능성의 상실로 인한 CPT 위반의 영향을 $\omega$로 매개변수화하여 조사하기.
• 특히 작은 $\Delta t$ 영역에서 이 새로운 CPT 위반 효과에 민감한 최적의 선형-$\omega$ 관측량을 식별하기.
• 기존의 $A_{sl}$ 비대칭성 측정값을 활용하여 CPT 위반 매개변수 $\omega$에 대한 첫 실험적 한계를 도출하기.
• 특히 $\Delta t \sim \Gamma^{-1}$ 영역에서 시간에 따라 변화하는 동일 전하의 이론적 쪽 붕괴 비대칭성을 통해 $\omega$를 탐지할 수 있는 가능성과 민감도 평가하기.

제안 방법

• CP-태그 형식을 사용하여, 얽힌 $B^0\bar{B}^0$ 쌍에서의 풍미 특이성 및 CP-골든 플레이트 붕괴의 강도와 비대칭성을 계산한다.
• 시간 진동은 재위상 불변 매개변수 $\epsilon$ 및 $\delta$를 사용하여 모델링되며, 혼합-붕괴 간섭 효과를 포함한다.
• 보우 통계의 완화를 정량화하기 위해 새로운 매개변수 $\omega$를 도입하며, 초기 상태의 반대칭성 파괴로 인해 $|B^0B^0\rangle$ 및 $|\bar{B}^0\bar{B}^0\rangle$ 성분이 허용된다.
• 동일 전하의 이론적 쪽 붕괴에 대한 강도 $I(\ell^{\pm},\ell^{\pm},\Delta t)$ 를 계산하며, 간섭 항으로 인해 $\omega$에 대한 선형 보정이 드러난다.
• $A_{sl}$ 비대칭성은 $\Delta t$ 의 함수로 유도되며, 작은 $\Delta t \sim |\omega|\Gamma^{-1}$ 에서 뚜렷한 피크를 보이며, 더 큰 $\Delta t$ 에서는 준시간 불변 이동을 보인다.
• 기존의 $A_{sl}$ 데이터를 활용하여 도출된 성능 지표 분석을 통해 $\omega$에 대한 한계를 설정하며, 작은 $\Delta t$ 영역에서의 민감도를 확인한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 파라미터 $\omega$로 매개변수화된 $B^0$-$\bar{B}^0$ 구분 불가능성의 상실이, 얽힌 $B^0\bar{B}^0$ 쌍의 시간 진동과 붕괴 강도에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 특히 $A_{sl}$ 비대칭성에서 $\omega \neq 0$ 일 때의 관측 가능한 서명은 무엇인가? 특히 동일 전하의 이론적 쪽 붕괴에서.
• RQ3 $A_{sl}$ 비대칭성이 $\omega$에 의한 CPT 위반을 선형적으로 민감하게 탐지할 수 있는가? 특히 작은 $\Delta t$ 에서.
• RQ4 기존의 $A_{sl}$ 측정값으로부터 도출할 수 있는 $\omega$에 대한 첫 실험적 한계는 무엇인가?
• RQ5 $\omega$ 효과는 풍미 태그의 타당성과 붕괴 관측량의 해석에 어떻게 영향을 미치는가?

주요 결과

• $\omega \neq 0$ 일 때 $A_{sl}$ 비대칭성은 작은 시간에서 강한 비선형적 $\Delta t$-의존성을 보이며, $\Delta t \sim |\omega|\Gamma^{-1}$ 에서 뚜렷한 피크를 보이며, $\omega = 0$ 일 때 예상되는 일정한 행동과는 다릅니다.
• $\Delta t \gtrsim \Gamma^{-1}$ 에서 $A_{sl}$ 비대칭성은 준시간 불변 이동을 보이며, 이는 $\omega$에 민감하고 그 값에 직접적인 접근 수단을 제공합니다.
• 기존의 $A_{sl}$ 데이터를 활용하여 95% 신뢰수준에서 $\omega$에 대한 첫 실험적 한계를 설정하였으며, $-0.084 \leq \text{Re}(\omega) \leq 0.0100$ 입니다.
• 분석 결과 작은 $\Delta t$ 영역이 $\omega$에 의한 CPT 위반 탐지에 최적임을 보였으며, 여기서 신호가 가장 강하고 성능 지표도 이 영역을 선호합니다.
• $\omega \neq 0$ 일 때 $|B^0B^0\rangle$ 및 $|\bar{B}^0\bar{B}^0\rangle$ 상태로의 비제로 투영으로 인해 풍미 태그의 붕괴가 발생함을 보여주며, 이는 표준 태그 가정을 무효화합니다.
• 이 연구는 동일 전하의 이론적 쪽 붕괴 사건이 $\omega$에 의해 크게 수정됨을 확인하였으며, $\ell^+\ell^+$ 와 $\ell^-\ell^-$ 최종 상태에서 $\omega$에 대해 반대 방향의 선형 보정이 일어나므로 $A_{sl}$ 는 민감한 선형-$\omega$ 관측량임을 입증합니다.