[논문 리뷰] CP violation and mixing in the charm sector at Belle, and current HFAG averages

B. R. Ko|arXiv (Cornell University)|2012. 12. 21.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 1인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 현행 HFAG 평균치를 검토하고 벨레 실험에서 초미세 메손 혼합 및 CP 위반 매개변수의 새로운 측정치를 제시한다. 시간에 따라 변하는 달리츠 분석을 통해 $D^0 \to K^0_S\pi^+\pi^−$ 및 $D^0 \to h^+h^−$ 붕괴를 분석하고, $D^+ \to K^0_S\pi^+$, $D^0 \to h^+h^−$, $D^+ \to K^0_S K^+$ 붕괴에서의 직접적 CP 비대칭 측정치를 포함하여, 벨레 실험은 유의미한 직접적 CP 위반을 관측하지 못했으며, $ Delta A^{hh}_{CP} = (-0.87 \pm 0.41)\%$는 0에서 2.1σ의 편차를 보이며, LHCb 및 CDF 결과와 일관된다.

ABSTRACT

Current HFAG averages of the mixing and CP violation parameters in the $D^0$ meson system is to be reviewed. We present recent Belle measurements of the mixing parameters $x$ and $y$ using $D^0 ightarrow K^0_Sπ^+π^-$, and $y_{CP}$ and $A_Γ$ from $D^0 ightarrow h^+h^-$, $D^0 ightarrow K^-π^+$, where $h$ denotes $K$ or $π$. Belle measurements of direct CP violation in $D^+ ightarrow K^0_Sπ^+$, $D^0 ightarrow h^+h^-$, and $D^+ ightarrow K^0_SK^+$ decays together with $ΔA^{hh}_{CP}$ are to be presented.

연구 동기 및 목표

• 초미세 영역에서 $D^0$ 혼합 및 CP 위반 매개변수의 현재 HFAG 평균치를 갱신하고 검토하는 것.
• 시간에 따라 변하는 달리츠 분석을 통해 $D^0 \to K^0_S\pi^+\pi^-$ 붕괴를 이용한 혼합 매개변수 $x$와 $y$의 새로운 벨레 측정치를 제시하는 것.
• $D^0 \to h^+h^-$ 및 $D^0 \to K^- one^+$ 붕괴로부터 $y_{CP}$와 $A_{\Gamma}$를 측정하여 CP 위반 폭의 비대칭성을 탐색하는 것.
• $D^+ \to K^0_S\pi^+$, $D^0 \to h^+h^-$, $D^+ \to K^0_S K^+$ 붕괴에서 직접적 CP 위반을 탐색하고, $ Delta A^{hh}_{CP}$를 직접적 CP 위반의 대체 지표로 사용하는 것.
• 초미세 붕괴에서 간접적 CP 위반의 보편성 테스트를 수행하고 LHCb 및 CDF 결과와 비교하는 것.

제안 방법

• P-, D파장 공명 및 S파장 상태에 대한 K-행렬/LASS 매개변수화를 포함한 진폭 모델을 사용한 $D^0 \to K^0_S\pi^+\pi^-$ 붕괴의 시간에 따라 변하는 달리츠 분석.
• CP 보존 조건($q/p = 1$) 하에서 $\mathcal{M}(m^2_-, m^2_+, t)$의 붕괴 진폭을 피팅하여 $x$와 $y$를 추출하고, $\tau_{D^0} = 410.3 \pm 0.4$ fs로부터 제약 조건을 적용하는 것.
• $y_{CP}$를 $CP$-짝성($D^0 \to h^+h^-$)과 $CP$-혼합($D^0 \to K^- one^+$) 상태 간의 수명 차이를 통해 측정하며, $y_{CP} = \tau_{K^- one^+}/\tau_{h^+h^-} - 1$로 정의하고, $\cos\theta^*$의 각도 의존성을 고려하는 것.
• $D^+ \to K^0_S\pi^+$, $D^0 \to h^+h^-$, $D^+ \to K^0_S K^+$ 붕괴에서 $|\cos\theta^*|$의 구간에 따라 직접적 CP 비대칭도 $A_{CP}$를 측정하여 CP 비대칭성을 탐색하는 것.
• 일관된 간접적 CP 위반을 가정할 때, 약간의 직접적 CP 위반을 분리하기 위해 $\Delta A^{hh}_{CP} = A^{KK}_{CP} - A^{\pi\pi}_{CP}$를 계산하는 것.
• 실험에 따라 달라지는 $A^{\overline{K}^0}_{CP}$ 기여를 제거하여 초미세 붕괴 특유의 CP 비대칭성을 고립하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 벨레 실험의 $D^0 \to K^0_S\pi^+\pi^-$ 붕괴를 통해 얻은 $D^0$ 혼합 매개변수 $x$와 $y$의 현재 최선의 측정치는 무엇인가요?
• RQ2 CP-짝성과 CP-홀성 $D^0$ 상태 간 폭의 비대칭성으로 측정된 $y_{CP}$를 통해 폭의 비대칭성에 대한 CP 위반이 존재하는가요?
• RQ3 $D^+ \to K^0_S\pi^+$, $D^0 \to h^+h^-$, $D^+ \to K^0_S K^+$ 붕괴에서 직접적 CP 위반이 나타나는가, 그리고 이는 표준모형 예측과 일치하는가요?
• RQ4 $\Delta A^{hh}_{CP}$가 비영인 신호를 보이며 초미세 붕괴에서 직접적 CP 위반을 나타내는가, 그리고 LHCb 및 CDF 결과와 비교해보면 어떻게 되는가요?
• RQ5 $D^+ \to \overline{K}^0 K^+$의 CP 비대칭성은 $\Delta A^{hh}_{CP}$ 측정치와 일치하는가, 그리고 이는 비대칭성의 기원에 대해 무엇을 시사하는가요?

주요 결과

• 벨레 실험에서 $D^0 \to K^0_S\pi^+\pi^-$ 붕괴를 통해 측정한 $x = (0.56 \pm 0.19^{+0.03+0.06}_{-0.09-0.09})\%$ 및 $y = (0.30 \pm 0.15^{+0.04+0.03}_{-0.05-0.06})\%$는 현재까지 가장 민감한 측정치이다.
• $y_{CP} = (1.11 \pm 0.22 \pm 0.11)\%$는 4.5σ의 유의미한 신호를 보이며, $CP$-짝성과 $CP$-홀성 상태 간 폭의 비대칭성을 나타낸다.
• $A_{\Gamma} = (-0.03 \pm 0.20 \pm 0.08)\%$는 폭의 비대칭성에서 유의미한 CP 위반을 보이지 않는다.
• $A^{D^+ \to K^0_S\pi^+}_{CP} = (-0.363 \pm 0.094 \pm 0.067)\%$는 0에서 3.2σ의 편차를 보이지만, $A^{\overline{K}^0}_{CP}$를 빼면 초미세 붕괴 특유의 CP 비대칭도 $(-0.024 \pm 0.094 \pm 0.067)\%$로 나타나 0과 일치한다.
• $\Delta A^{hh}_{CP} = (-0.87 \pm 0.41 \pm 0.06)\%$는 0에서 2.1σ의 편차를 보이며, 최근 LHCb 및 CDF 결과와 일관된다.
• $A^{D^+ \to \overline{K}^0 K^+}_{CP} = (-0.246 \pm 0.275 \pm 0.135)\%$는 $A^{\overline{K}^0}_{CP}$를 뺀 후 $(+0.082 \pm 0.275 \pm 0.135)\%$로 변하며, 유의미한 비대칭성이 없음을 보이나 큰 불확도를 가진다.