[논문 리뷰] Measurement of $CP$ asymmetries in $D^+_{(s)} ightarrow ηπ^+$ and $D^+_{(s)} ightarrow η^{\prime} π^+$ decays

LHCb collaboration, Aaij, Roel외 1013명|arXiv (Cornell University)|2022. 01. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 LHCb 실험에서 √s = 13 TeV에서의 6 fb⁻¹의 pp 충돌 데이터를 사용하여 D⁺ → ηπ⁺, Dₛ⁺ → ηπ⁺, D⁺ → η′π⁺, 그리고 Dₛ⁺ → η′π⁺ 붕괴에서 CP 비대칭성의 가장 정밀한 측정치를 제시한다. 생산 및 검출 비대칭성을 상쇄하기 위해 D⁺ → ϕπ⁺ 및 Dₛ⁺ → ϕπ⁺를 제어 채널로 사용함으로써, 모든 모드에서 ACP 값이 0과 일치하며 유의미한 CP 위반이 없음을 발견하였다.

ABSTRACT

Searches for $CP$ violation in the decays $D^+_{(s)} ightarrow ηπ^+$ and $D^+_{(s)} ightarrow η^{\prime} π^+$ are performed using $pp$ collision data corresponding to 6 fb$^{-1}$ of integrated luminosity collected by the LHCb experiment. The calibration channels $D^+_{(s)} ightarrow ϕπ^+$ are used to remove production and detection asymmetries. The resulting $CP$-violating asymmetries are $A^{CP}(D^+ ightarrow ηπ^+) = (0.34 \pm 0.66 \pm 0.16 \pm 0.05)\%$, $A^{CP}(D^+_s ightarrow ηπ^+) = (0.32 \pm 0.51 \pm 0.12)\%$, $A^{CP}(D^+ ightarrow η^{\prime} π^+) = (0.49 \pm 0.18 \pm 0.06 \pm 0.05)\%$, $A^{CP}(D^+_s ightarrow η^{\prime} π^+) = (0.01 \pm 0.12 \pm 0.08)\%$, where the first uncertainty is statistical, the second is systematic and the third, relevant for the $D^+$ channels, is due to the uncertainty on $A^{CP}(D^+ o ϕπ^+)$. These measurements, currently the most precise for three of the four channels considered, are consistent with the absence of $CP$ violation. A combination of these results with previous LHCb measurements is presented.

연구 동기 및 목표

• 더 높은 정밀도로 D⁺ → ηπ⁺, Dₛ⁺ → ηπ⁺, D⁺ → η′π⁺, 그리고 Dₛ⁺ → η′π⁺ 붕괴에서 CP 비대칭성을 측정하는 것.
• 단일 Cabibbo 억제 모드에서의 비대칭성을 측정함으로써, 쿠르트 붕괴에서의 작은 CP 위반을 표준모형 예측과 검증하는 것.
• 유사한 운동량 및 검출기 반응 특성을 가진 제어 채널을 사용하여 생산 및 검출 비대칭성의 체계적 편향을 줄이는 것.
• 이전 LHCb 측정치와 함께 통합하여 쿠르트 붕괴에서의 CP 위반에 대한 전체 감도를 향상시키는 것.

제안 방법

• LHCb 실험이 수집한 √s = 13 TeV에서의 6 fb⁻¹의 pp 충돌 데이터를 사용한다.
• 최종 상태 입자를 사용하여 붕괴 원점 재구성하는 γπ⁺π⁻ 붕괴 모드를 통해 η 및 η′ 메손을 재구성한다.
• D⁺(s) → f⁺ 및 D⁻(s) → f⁻ 붕괴의 사건 수수를 기반으로 원시 비대칭성 Araw를 측정한다.
• 생산 및 검출 비대칭성을 상쇄하기 위해 D⁺ → ϕπ⁺ 및 Dₛ⁺ → ϕπ⁺(ϕ → K⁺K⁻)를 제어 채널로 적용한다.
• 외부 입력으로 알려진 ACP(D⁺ → ϕπ⁺) = (0.005 ± 0.051)%를 사용하여 잔류 비대칭성을 보정한다.
• 통계적 및 체계적 불확실성을 전파하면서, 연도, 자석 극성, 주요 입자 위치 수에 따라 나누어진 여덟 개의 서브샘플에 대한 가중치 조합을 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 단일 Cabibbo 억제 붕괴인 D⁺ → ηπ⁺ 및 D⁺ → η′π⁺에서 CP 위반이 존재하는 증거가 있는가?
• RQ2 Dₛ⁺ → ηπ⁺ 및 Dₛ⁺ → η′π⁺ 붕괴에서의 CP 비대칭성 측정 정밀도는 무엇이며, 이전 측정치와 비교해 어떻게 되는가?
• RQ3 생산 및 검출 비대칭성은 원시 비대칭성에 얼마나 큰 영향을 미치며, 제어 채널을 통해 효과적으로 상쇄될 수 있는가?
• RQ4 새로운 측정치는 쿠르트 영역에서 이론적 예측 및 이전 실험 결과와 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• ACP(D⁺ → ηπ⁺) = (0.34 ± 0.66 ± 0.16 ± 0.05)%, 이 모드에 대해 지금까지 가장 정밀한 측정치이다.
• ACP(D⁺ → η′π⁺) = (0.49 ± 0.18 ± 0.06 ± 0.05)%, 이 또한 지금까지 가장 정밀한 측정치이며, 0에서 2.7σ의 유의미성 수준을 보인다.
• ACP(Dₛ⁺ → η′π⁺) = (0.01 ± 0.12 ± 0.08)%, 0과 일치하며 표준모형과 일치한다.
• ACP(Dₛ⁺ → ηπ⁺) = (0.32 ± 0.51 ± 0.12)%, 0과 일치하며 이전 측정치와 일치한다.
• 이전 LHCb 측정치를 포함한 모든 데이터를 종합한 결과, ACP(D⁺ → ηπ⁺) = (0.13 ± 0.50 ± 0.18)%, 여전히 CP 위반이 없음을 확인한다.
• 동일한 제어 채널을 사용한 ACP 측정치 간 상관계수는 1% 미만으로, 공유 캘리브레이션으로 인한 체계적 편향이 최소한임을 나타낸다.