[논문 리뷰] Implications on the first observation of charm CPV at LHCb

Hsiang-nan Li, Cai-Dian Lü외 1명|arXiv (Cornell University)|2019. 03. 26.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 29

한 줄 요약

이 논문은 LHCb가 요소화 보조 위상 진폭(FAT) 접근법을 사용하여 초미세 CP 위반의 첫 관측을 확인하며, $ A_{CP}(D^+ \to K^+K^{-}\pi^+) = -0.88 \times 10^{-3} $의 직접적 CP 비대칭을 예측하고, 표준모형과 일치하며 LHCb에서 $ \sim 10^{-4} $ 감도를 갖는 정밀한 CP 위반 측정을 위한 다음 주요 채널로 $ D^+ \to K^+K^{-}\pi^+ $를 규명한다.

ABSTRACT

Very recently, the LHCb Collaboration observed the $CP$ violation (CPV) in the charm sector for the first time, with $ΔA_{CP}^{ m dir}\equiv A_{CP}(D^0 o K^+K^-)-A_{CP}(D^0 o π^+π^-)=(-1.54\pm0.29) imes10^{-3}$. This result is consistent with our prediction of $ΔA_{CP}^{ m SM}=(-0.57\sim -1.87) imes 10^{-3}$ obtained in the factorization-assisted topological-amplitude (FAT) approach in [PRD86,036012(2012)]. It implies that the current understanding of the penguin dynamics in charm decays in the Standard Model is reasonable. Motivated by the success of the FAT approach, we further suggest to measure the $D^+ o K^+K^-π^+$ decay, which is the next potential mode to reveal the CPV of the same order as $10^{-3}$.

연구 동기 및 목표

• 요소화 보조 위상 진폭(FAT) 접근법을 사용하여 LHCb가 관측한 초미세 CP 위반의 첫 번째 관측을 검증하기 위해.
• 관측된 $ \Delta A_{CP} = (-1.54 \pm 0.29) \times 10^{-3} $ 가 표준모형 예측과 일치하는지 평가하기 위해.
• 새로운 붕괴 모드인 $ D^+ \to K^+K^{-}\pi^+ $ 가 $ 10^{-3} $ 수준에서 CP 위반을 관측하기 위한 유망한 다음 채널로 식별 및 평가하기 위해.
• FAT 프레임워크를 사용하여 $ D^+ \to K^+ \overline{K}_0^{*}(1430)^0 $ 준이중체 채널의 CP 비대칭을 추정하기 위해.
• 미래의 LHCb에서 고정밀 CP 위반 측정을 지원하기 위해 $ 10^{-3} $ 수준의 기대 비대칭을 갖는 모드를 식별하기 위해.

제안 방법

• 초미세 붕괴에서 수형 및 펜턴 진폭을 모델링하기 위해 요소화 보조 위상 진폭(FAT) 접근법을 사용하며, $ SU(3) $ 대칭 깨짐 효과를 포함한다.
• 수형 진폭 $ T $ 를 요소화 접근법을 사용하여 $ D^+ \to K^+ \overline{K}_0^{*}(1430)^0 $ 에 대해 계산하며, 윌슨 계수 $ a_1 $, 형상 인자 $ F_0^{D \to K^*} $, 붕괴 상수를 사용한다.
• QCD 펜턴 도형을 통해 $ V_{cb}^*V_{ub} $ 와 카이랄 인자 $ r_\chi $ 를 포함한 펜턴 진폭 $ P $ 를 평가하며, $ a_4 $ 및 $ a_6 $ 계수의 기여를 포함한다.
• 퍼oles 다이어그램을 사용하여 펜턴-교환 진폭 $ PE $ 를 모델링하며, 파동자 메손(양성자)과 강한 결합 상수 $ g_S = 3.8 $ GeV 를 $ K_0^*(1430) \to K\pi $ 데이터로부터 취득한다.
• 수형 및 펜턴 진폭을 조합하여 상대적인 강한 위상과 간섭을 고려하여 직접적 CP 비대칭 $ A_{CP} $ 를 계산한다.
• W-흡수 기여가 무시할 만큼 작다고 가정하여 FAT 프레임워크를 사용하여 $ A_{CP}(D^+ \to K^+ \overline{K}_0^{*}(1430)^0) $ 를 추정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LHCb에서 관측된 초미세 CP 위반, $ \Delta A_{CP} = (-1.54 \pm 0.29) \times 10^{-3} $ 는 FAT 접근법을 사용하여 표준모형 내에서 일관되게 설명될 수 있는가?
• RQ2 $ D^+ \to K^+K^{-}\pi^+ $ 붕괴 모드의 예측된 직접적 CP 비대칭은 무엇이며, 특히 주요 준이중체 채널인 $ D^+ \to K^+ \overline{K}_0^{*}(1430)^0 $ 에서는 어떤가?
• RQ3 $ D^+ \to K^+K^{-}\pi^+ $ 붕괴 모드는 향후 LHCb에서 $ \sim 10^{-4} $ 감도를 갖는 고정밀 CP 위반 측정에 실현 가능한 후보가 될 수 있는가?
• RQ4 FAT 프레임워크 내에서 펜턴 역학과 $ SU(3) $ 대칭 깨짐 효과는 $ D^+ \to K^+ \overline{K}_0^{*}(1430)^0 $ 에서 CP 비대칭에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 요소화 기여는 펜턴 진폭에서 어떤 역할을 하는가? 그리고 최종 CP 비대칭 예측에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 관측된 $ \Delta A_{CP} = (-1.54 \pm 0.29) \times 10^{-3} $ 는 FAT 접근법에 의한 표준모형 예측값인 $ \Delta A_{CP}^{\text{SM}} = (-0.57 \sim -1.87) \times 10^{-3} $ 와 일치하며, 펜턴 진폭 추정에 있어 모델의 신뢰성을 뒷받침한다.
• $ D^+ \to K^+ \overline{K}_0^{*}(1430)^0 $ 에 대한 직접적 CP 비대칭은 $ A_{CP} = -0.88 \times 10^{-3} $ 로 예측되며, $ 10^{-3} $ 수준에서 측정 가능한 신호임을 시사한다.
• $ D^+ \to K^+K^{-}\pi^+ $ 붕괴는 주로 $ \phi\pi^+ $, $ \overline{K}^{*0}K^+ $, $ K^+ \overline{K}_0^{*}(1430)^0 $ 를 통한 준이중체 모드로 구성되며, 후자는 CP 비대칭에 크게 기여한다.
• $ D^+ \to \overline{K}^{*0}K^+ $ 에서의 CP 비대칭은 $ +2 \times 10^{-4} $ 로 예측되며, $ D^+ \to \phi\pi^+ $ 는 $ -1 \times 10^{-7} $ 으로 예측되어 $ \overline{K}_0^{*}(1430)^0 $ 가 총 비대칭에 있어 주요 기여자임을 보여준다.
• LHCb 측정의 정밀도는 $ \sigma_{A_{CP}} \sim 10^{-4} $ 수준에 도달하고 있으며, 이는 $ D^+ \to K^+K^{-}\pi^+ $ 모드가 향후 CP 위반 관측에 있어 유망한 후보임을 시사한다.
• 실험과 이론 간의 일관성은 FAT 프레임워크를 사용하여 초미세 붕괴에서의 새로운 물리 기여, 특히 펜턴 지배 과정에서의 제약을 설정하는 데 유용하다고 지지한다.