[논문 리뷰] Measurement of $CP$ asymmetry in the $D^{0} o K^0_S K^0_S$ decay at Belle

A. Abdesselam, I. Adachi외 450명|arXiv (Cornell University)|2016. 09. 21.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 14

한 줄 요약

이 논문은 벨 실험에서 확보한 921 fb$^{-1}$의 데이터를 사용하여 $D^0 \to K^0_S K^0_S$ 붕괴에서 시간 적분된 CP 비대칭을 측정한다. 결과로 도출된 값은 $A_{CP} = (-0.02 \pm 1.53 \pm 0.17)"]이며, 이는 표준모형과 일치하며 이전 측정치에 비해 상당한 향상이다. 주요 시스템적 불확실성은 정규화 채널인 $D^0 \to K^0_S \pi^0$에서 기인한다.

ABSTRACT

We report a measurement of the time-integrated $CP$ asymmetry in the neutral charm meson decay $D^0 o K^0_S K^0_S$ using 921~fb$^{-1}$ data collected at the $Υ(4S)$ and $Υ(5S)$ resonances with the Belle detector at the KEKB asymmetric-energy $e^+e^-$ collider. The observed asymmetry is $$ A_{CP}(D^0 o K^0_S K^0_S) = (-0.02 \pm 1.53 \pm 0.17) \%, $$ where the first uncertainty is statistical and the second systematic. This latter uncertainty is dominated by the error of the normalisation channel. The result is consistent with Standard Model expectations and improves the uncertainty with respect to previous measurement of this quantity by more than a factor of three.

연구 동기 및 목표

• 시간 적분된 CP 위반 비대칭을 더 높은 정밀도로 $D^0 \to K^0_S K^0_S$ 붕괴 채널에서 측정하기.
• 특히 정규화 채널인 $D^0 \to K^0_S \pi^0$에서 기인하는 시스템적 불확실성을 줄이기.
• 측정된 $A_{CP}$가 표준모형 예측과 일치하는지 확인하고 표준모형을 초월한 새로운 물리학을 탐색하기.
• CLEO와 LHCb의 이전 측정치에 비해 실험적 불확실성을 줄임으로써 새로운 물리학에 대한 민감도를 향상시키기.

제안 방법

• 분석은 케이크 B-형광에서 벨 실험에서 확보한 921 fb$^{-1}$의 데이터 샘플을 사용한다.
• 신호 사건은 운동량 보존 조건과 정점 피팅을 이용해 $D^0 \to K^0_S K^0_S$ 붕괴를 식별하기 위해 재구성된다.
• CP 비대칭은 $D^0$ 및 $D^{*\pm}$ 질량 분포에 대해 비구속 최대우도 추정을 통해 측정되며, 배경 기여는 사이드밴드와 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 모델링된다.
• 시스템적 불확실성은 신호 형상 파라미터, 피크 배경 수익, $K^0/\bar{K}^0$ 재료 상호작용 영향, 그리고 정규화 채널인 $K^0_S \pi^0$의 $A_{CP}$를 변화시켜 평가된다.
• 총 시스템적 불확실성은 개별 기여를 제곱합의 제곱근으로 조합하여 도출되며, 정규화 채널의 $A_{CP}$ 불확실성이 주요 기여를 한다.
• 최종 $A_{CP}$는 $(-0.02 \pm 1.53 \pm 0.17)"]로 보고된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 시간 적분된 $CP$ 비대칭의 정밀한 값은 무엇인가? ($D^0 \to K^0_S K^0_S$ 붕괴 채널에서)
• RQ2 측정된 $A_{CP}$는 표준모형 예측과 어떻게 비교되는가? 또한 이전 실험 결과와는 어떻게 다른가?
• RQ3 이 측정에서 주요 시스템적 불확실성의 기원은 무엇인가? 특히 정규화 채널에서 기인하는 요인은 무엇인가?
• RQ4 이 측정은 표준모형을 초월한 새로운 물리학의 관심 영역을 탐색할 수 있는가?
• RQ5 이 측정의 정밀도는 CLEO와 LHCb의 이전 결과에 비해 어느 정도 향상되었는가?

주요 결과

• 시간 적분된 $CP$ 비대칭 측정 결과는 $A_{CP} = (-0.02 \pm 1.53 \pm 0.17)"]로 도출되었으며, 이는 표준모형과 일치한다.