[논문 리뷰] Direct CP violation in charm at Belle

B. R. Ko|ArXiv.org|2012. 12. 10.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 18

한 줄 요약

이 논문은 전체 Belle 데이터셋을 사용하여 채르모 디버전에서 직접 CP 위반의 증거를 제시한다. $D^+ \to K^0_S\pi^+$ 붕괴 모드에서 0에서의 3.2σ 이격을 측정하였으며, 이는 $K^0-\bar{K}^0$ 혼합과 일치한다. 또한 $D^0 \to K^+K^-$와 $D^0 \to \pi^+\pi^-$ 사이의 $\Delta A^{hh}_{CP} = (-0.87 \pm 0.41 \pm 0.06)\%$ 비대칭성 차이를 보고하여 최근 LHCb 및 CDF 결과를 지지한다.

ABSTRACT

Using the full data sample collected with the Belle detector at the KEKB asymmetric-energy $e^+e^-$ collider, we have searched for CP violation of charmed mesons in $D^+ ightarrow K^0_Sπ^+$ and $D^0 ightarrow h^+h^-$ decays, where $h$ denotes $K$ and $π$. We observe evidence for CP violation in $D^+ ightarrow K^0_Sπ^+$ decay with 3.2 standard deviations away from zero, $(-0.363\pm0.094\pm0.067)%$, while the asymmetry is consistent with the expected CP violation due to the neutral kaon in the final state. No evidence for CP violation in $D^0 ightarrow h^+h^-$ is observed with $A^{KK}_{CP}=(-0.32\pm0.21\pm0.09)%$ and $A^{ππ}_{CP}=(+0.55\pm0.36\pm0.09)%$. The CP asymmetry difference between $D^0 ightarrow K^+K^-$ and $D^0 ightarrowπ^+π^-$ decays is also measured with $ΔA^{hh}_{CP}=(-0.87\pm0.41\pm0.06)%$, which is 2.1 standard deviations away from zero and supports recent LHCb and CDF measurements.

연구 동기 및 목표

• 전체 Belle 데이터 샘플을 사용하여 채르모 붕괴에서 직접 CP 위반을 탐색하기 위해.
• $D^+ \to K^0_S\pi^+$, $D^0 \to K^+K^-$, 및 $D^0 \to \pi^+\pi^-$ 붕괴에서 CP 비대칭성 측정하기 위해.
• $D^0 \to K^+K^-$와 $D^0 \to \pi^+\pi^-$ 사이의 CP 비대칭성 차이 $\Delta A^{hh}_{CP}$를 결정하여 직접 CP 위반을 탐색하기 위해.
• 검출기 및 운동량 효과, 예를 들어 최종 상태 입자 탐지 비대칭성과 $e^+e^-$ 충돌에서의 전방-후방 비대칭성 등을 보정하기 위해.
• 직접 CP 위반의 기여를 $K^0-\bar{K}^0$ 혼합 효과를 빼내어 격리하기 위해.

제안 방법

• CP 비대칭성은 $A^{D\to f}_{CP} = \frac{\Gamma(D\to f) - \Gamma(\bar{D}\to \bar{f})}{\Gamma(D\to f) + \Gamma(\bar{D}\to \bar{f})}$로 정의되며, $D^+ \to K^0_S\pi^+$ 및 $D^0 \to h^+h^-$ 붕괴에서 재구성된 신호 수확량을 통해 측정된다.
• 검출기 유도 비대칭성($A^f_\epsilon$)은 고통계량 $c\bar{c}$ 공명에서의 제어 샘플과 이전 Belle 논문의 방법을 사용하여 보정된다.
• 전방-후방 비대칭성($A_{FB}$)은 캐러먼 메손에 걸쳐 보편성을 가정하고, $CP$ 보존 $c\bar{c}$ 데이터를 사용하여 보정된다.
• $D^+ \to K^0_S\pi^+$의 경우, $K^0-\bar{K}^0$ 상호작용 차이와 시간에 따라 변화하는 $A^{\bar{K}^0}_{CP}$ 효과를 보정한다.
• 중심질량 프레임에서 캐러먼 메손의 위상각에 따른 박스로 비대칭성을 측정하며, $A_{FB}$의 반대칭성을 활용한다.
• $\Delta A^{hh}_{CP}$는 $A^{KK}_{CP}$와 $A^{\pi\pi}_{CP}$의 차이로 추출되며, 간접 CP 위반과 $A_{FB}$에 대한 민감도를 감소시킨다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 $D^+ \to K^0_S\pi^+$ 붕괴 모드에서 직접 CP 위반의 증거가 있는가?
• RQ2 $D^0 \to K^+K^-$와 $D^0 \to \pi^+\pi^-$ 붕괴에서 측정된 CP 비대칭성은 무엇인가?
• RQ3 $D^0 \to K^+K^-$와 $D^0 \to \pi^+\pi^-$ 사이의 비대칭성 차이 $\Delta A^{hh}_{CP}$가 0에서 벗어나는가? 이는 직접 CP 위반을 나타내는가?
• RQ4 측정된 CP 비대칭성은 $K^0-\bar{K}^0$ 혼합으로 기대되는 $CP$ 위반과 어떻게 비교되는가?
• RQ5 $K^0-\bar{K}^0$ 혼합 효과를 뺀 후 직접 CP 위반의 기여는 무엇인가?

주요 결과

• $D^+ \to K^0_S\pi^+$ 붕괴에서 $A^{D^+ \to K^0_S\pi^+}_{CP} = (-0.363 \pm 0.094 \pm 0.067)\%$로 측정되어 0에서의 3.2σ 이격을 보이며, CP 위반이 있음을 시사한다.
• 측정된 비대칭성은 $A^{\bar{K}^0}_{CP}$를 빼내어 $A^{\Delta C}_{CP} = (-0.024 \pm 0.094 \pm 0.067)\%$를 얻었을 때, $K^0-\bar{K}^0$ 혼합으로 기대되는 $CP$ 위반과 일치한다.
• $D^0 \to K^+K^-$에서는 $A^{KK}_{CP} = (-0.32 \pm 0.21 \pm 0.09)\%$로 유의미한 CP 위반이 관측되지 않았고, $D^0 \to \pi^+\pi^-$에서는 $A^{\pi\pi}_{CP} = (+0.55 \pm 0.36 \pm 0.09)\%$로 마찬가지로 유의미한 비대칭성이 없었다.
• $\Delta A^{hh}_{CP} = (-0.87 \pm 0.41 \pm 0.06)\%$는 0에서 2.1σ 이격을 보이며, 최근 LHCb 및 CDF 측정 결과를 지지한다.
• LHCb 및 CDF 결과와 조합하여 평균 $\Delta A^{hh}_{CP}$는 $(-0.74 \pm 0.15)\%$가 되었으며, HFAG 피팅에서 $\Delta a^{\rm dir}_{CP} = (-0.678 \pm 0.147)\%$와 $a^{\rm ind}_{CP} = (+0.027 \pm 0.163)\%$를 각각 도출하였다.