[논문 리뷰] Enhanced charm CP asymmetries from final state interactions

I. Bediaga, T. Frederico외 1명|arXiv (Cornell University)|2022. 03. 08.

Quantum and electron transport phenomena인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 표준모형 내에서 $ one^0 \to \pi^+\pi^-$ 및 $ one^0 \to K^+K^-$ 붕괴에서 $ one\pi \to KK$ 재산산을 통해 매개되는 최종 상태 상호작용(FSI)이 CP 비대칭성을 증가시킬 수 있음을 제안한다. CPT 불변성, 워슨의 정리 및 실험적 분열비를 사용하여 $A_{CP}(\pi\pi) \approx 1.14 \times 10^{-3}$ 및 $A_{CP}(KK) \approx -0.41 \times 10^{-3}$를 예측하며, 이는 LHCb 데이터와 일치하며 새로운 물리학을 도입하지 않고 관측된 $ Delta A_{CP} \approx -1.54 \times 10^{-3}$ 를 설명한다.

ABSTRACT

We show that final state interactions (FSI) within a CPT invariant two-channel framework can enhance the charge-parity (CP) violation difference between $D^0 oπ^-π^+$ and $D^0 o K^-K^+$ decays up to the current experimental value. This result relies upon: (i) the dominant tree level diagram, (ii) the well-known experimental values for the $D^ 0 oπ^-π^+$ and $D^ 0 o K^-K^+$ branching ratios, and (iii) the $ππ o ππ$ and $ππ o K K $ scattering data to extract the strong phase difference and inelasticity. Based on well-grounded theoretical properties, we find the sign and bulk value of the $ΔA_{CP}$ and $A_{CP}(D^0 o π^-π^+)$ recently observed by the LHCb Collaboration.

연구 동기 및 목표

• LHCb에서 관측한 $ Delta A_{CP} = A_{CP}(K^+K^-) - A_{CP}(\pi^+\pi^-) \approx -1.54 \times 10^{-3}$ 를 새로운 물리학을 도입하지 않고 설명하기 위해.
• 최종 상태 상호작용(FSI)이 $ pi\pi$ 및 $KK$ 채널에서 강한 위상 간섭을 통해 상당한 CP 위반을 생성할 수 있음을 보여주기 위해.
• CPT 불변성과 워슨의 정리를 사용하여 $A_{CP}$ 값과 분열비 간의 모형에 종속되지 않는 관계를 유도하기 위해.
• 실험적 입력과 FSI 효과를 바탕으로 $D^0 \to \pi^+\pi^-$ 및 $D^0 \to K^+K^-$ 붕괴의 개별 $A_{CP}$ 값을 예측하기 위해.

제안 방법

• 두 채널 프레임워크에서 $S$-행렬의 유니타리성을 유지하면서 CPT 불변성을 적용하여 $D^0$ 와 $\bar{D}^0$ 붕괴 폭을 연결한다.
• 워슨의 정리를 사용하여 $\npi\pi \to KK$ 재산산의 강한 위상과 $D^0 \to \pi^+\pi^-$ 및 $D^0 \to K^+K^-$ 붕괴 진폭 간의 관계를 설정한다.
• LHCb 및 기타 실험에서 얻은 $D^0 \to \pi^+\pi^-$ 및 $D^0 \to K^+K^-$ 붕괴의 실험적 분열비를 통합한다.
• 1980년대 실험 값들을 사용하여 $\npi\pi \to \pi\pi$ 및 $\npi\pi \to KK$ 산란 데이터로부터 강한 위상 차이와 비탄성도를 추출한다.
• 식 (18) 및 (19)을 통해 $\Delta A_{CP}$ 와 분열비에 대한 $A_{CP}(\pi\pi)$ 및 $A_{CP}(KK)$ 의 해석적 표현을 유도한다.
• 최신 LHCb 결과와의 일치를 검증하여 예측값이 $2\sigma$ 내에서 일치함을 확인한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 표준모형 내에서 $\npi\pi$ 및 $KK$ 채널의 최종 상태 상호작용이 $D^0$ 붕괴에서 관측된 $\nDelta A_{CP}$ 를 설명할 수 있는가?
• RQ2 CPT 불변성과 워슨의 정리는 강한 위상 간섭을 통해 CP 비대칭성을 어떻게 생성하는가?
• RQ3 단지 $\nDelta A_{CP}$ 와 분열비로부터 $D^0 \to \pi^+\pi^-$ 및 $D^0 \to K^+K^-$ 의 개별 $A_{CP}$ 값을 예측할 수 있는가?
• RQ4 관측된 $|A_{CP}(\pi\pi)| > |A_{CP}(KK)|$ 의 구조는 FSI에 의해 유도된 CP 위반과 일치하는가?
• RQ5 이 메커니즘은 S-파동 위상 이lique 차이와 비대칭 S-행렬 원소에 대해 어떤 제약을 가하는가?

주요 결과

• 모형은 $A_{CP}(\pi\pi) = (1.135 \pm 0.021) \times 10^{-3}$ 와 $A_{CP}(KK) = -(0.405 \pm 0.077) \times 10^{-3}$ 를 예측하며, 이는 $2\sigma$ 범위 내에서 LHCb 데이터와 일치한다.
• 예측된 $\nDelta A_{CP} = -1.54 \times 10^{-3}$ 는 LHCb에서의 실험적 값과 일치하여 이 메커니즘의 타당성을 확인한다.
• 모든 $A_{CP}(\pi\pi)$ 와 $A_{CP}(KK)$ 의 부호와 크기는 반대 강한 위상을 가진 $\npi\pi \to KK$ 재산산에 의한 간섭에 의해 설명된다.
• 결과는 표준모형 원리인 CPT 불변성, 워슨의 정리 및 실험적 분열비만을 사용하여 유도되었으며, 새로운 물리학은 도입되지 않았다.
• 모형은 최신 LHCb 결과와 일치한다: $A_{CP}^{LHCb}(\pi\pi) = (2.32 \pm 0.61) \times 10^{-3}$ 와 $A_{CP}^{LHCb}(KK) = (0.77 \pm 0.57) \times 10^{-3}$ 이며, 후자는 정밀도가 낮다.
• 미래 데이터에서 $A_{CP}(KK)$ 가 양수로 확인된다면, 이 FSI 메커니즘은 배제될 것이며, 이는 핵심 검증 가능한 예측을 제시한다.