[논문 리뷰] Study of the $K^+ K^-$ invariant-mass dependence of CP asymmetry in $B^+ ightarrow K^+ K^- K^+$ decays

The BABAR Collaboration, J. P. Lees외 1명|arXiv (Cornell University)|2013. 05. 18.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 B A B AR와 LHCb 데이터를 사용하여 $B^+ \to K^+K^-K^+$ 붕괴에서 $K^+K^-$의 진동 질량 의존성에 따른 CP 비대칭성을 조사한다. 다이리처 플롯 전반에 걸쳐 두 실험 간에 일관된 $0.045 \pm 0.021$의 전역 오프셋이 관측되며, 이는 局소 상asespace 효과가 아닌 체계적 오차로 인한 것으로 보인다.

ABSTRACT

As a followup to the latest BABAR amplitude analysis of the decay $B^+ ightarrow K^+ K^- K^+$, we investigate the $K^+ K^-$ invariant-mass dependence of the CP asymmetry and compare it to that obtained by the LHCb collaboration. The results are based on a data sample of approximately $470 imes 10^6 B\bar{B}$ decays, collected with the BABAR detector at the PEP-II asymmetric-energy $B$ factory at the SLAC National Accelerator Laboratory.

연구 동기 및 목표

• B A B AR와 LHCb의 고정밀도 데이터를 활용하여 $B^+ \to K^+K^-K^+$ 붕괴에서 $K^+K^-$의 진동 질량 의존성에 따른 CP 비대칭성 $A_{CP}$ 를 조사한다.
• 특히 $m_{K^+K^-}^2 \approx 1.6\,\text{GeV}^2/c^4$ 근처에서 B A B AR와 LHCb 간의 CP 비대칭성 측정치에 나타나는 격차를 해결한다.
• 관측된 CP 비대칭성의 차이가 통계적 변동성, 체계적 오차, 또는 표준모형을 초월한 진정한 물리적 현상인지를 규명한다.
• 상asespace 전반에 걸친 CP 비대칭성 패턴의 일관성을 평가하고, 공명 상태인 $K^+K^-$ 상태에서의 직접적 CP 위반의 의미를 평가한다.

제안 방법

• B A B AR 실험에서 발표된 $B^+ \to K^+K^-K^+$ 붕괴의 다이리처 플롯 분석을 활용하여, $m_{K^+K^-}^2$ 에 따른 $A_{CP}$ 를 추출한다 (Lees 등, 2012).
• B A B AR의 $A_{CP}$ 측정치를 동일한 $m_{K^+K^-}^2$ 구간에 대해 원시 LHCb $A_{CP}^{RAW}$ 데이터와 비교하여 일관성을 평가한다.
• 통계적 오차를 기반으로 한 가중치를 적용하여, 구간별 $A_{CP}$ 값의 가중 평균을 계산하여 두 실험 간의 전역 오프셋을 산정한다.
• 16개의 구간에서 B A B AR와 LHCb의 $A_{CP}$ 분포 간의 통계적 호환성을 평가하기 위해 $\chi^2$ 검정을 수행한다.
• B A B AR 데이터의 체계적 오차를 약 $\sim 0.01$로 추정하고, 이들이 비대칭성 비교에 미치는 영향을 평가한다.
• 저질량 및 고질량 $K^+K^-$ 영역($m_{K^+K^-,{\rm low}}$ 및 $m_{K^+K^-,{\rm high}}$)을 분석하여 오프셋의 균일성을 테스트한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 관측된 $B^+ \to K^+K^-K^+$ 붕괴에서의 CP 비대칭성은 $K^+K^-$의 진동 질량에 의존하는가? 만약 그렇다면 다이리처 플롯 전반에 걸쳐 어떻게 변화하는가?
• RQ2 B A B AR와 LHCb가 동일한 상asespace 영역에서 다른 CP 비대칭성 값을 보고하는 이유는 무엇인가, 특히 $m_{K^+K^-}^2 \approx 1.6\,\text{GeV}^2/c^4$ 근처에서?
• RQ3 B A B AR와 LHCb 간의 CP 비대칭성 측정치 격차는 통계적 변동성, 체계적 오차, 또는 진정한 물리적 현상에 기인한 것인가?
• RQ4 두 실험 간의 $A_{CP}$ 오프셋이 다이리처 플롯 전반에 걸쳐 변화하는가, 아니면 약간의 일정한 값으로 유지되는가?
• RQ5 B A B AR와 LHCb 간의 포함된 $A_{CP}$ 값의 차이가 균일한 이동으로 설명될 수 있으며, 이는 직접적 CP 위반의 해석에 어떤 의미를 갖는가?

주요 결과

• B A B AR와 LHCb의 $A_{CP}$ 분포는 다이리처 플롯 전반에서 형태 면에서 양호한 일치를 보이며, 16개의 구간에서 $\chi^2$ 값이 16.1이다.
• 저질량 $K^+K^-$ 영역($m_{K^+K^-,{\rm low}}$)에서 B A B AR와 LHCb의 $A_{CP}$ 측정치 사이에 일관된 전역 오프셋 $0.045 \pm 0.021$ 이 관측된다.
• 고질량 $K^+K^-$ 영역($m_{K^+K^-,{\rm high}}$)에서도 유사한 오프셋 $0.053 \pm 0.021$ 이 확인되어 상asespace 전반에 걸쳐 균일한 이동이 있음을 시사한다.
• 오프셋은 2 표준편차 내에서 0과 일치하며, $m_{K^+K^-}^2$ 와의 변화가 유의미하게 크지 않아 공통된 체계적 오차에서 기인할 가능성이 있다.
• 관측된 오프셋은 B A B AR와 LHCb 간에 $B^+ \to \phi(1020)K^+$ 붕괴에서의 직접적 CP 위반에 대한 결론의 차이와, $m_{K^+K^-}^2 \approx 1.6\,\text{GeV}^2/c^4$ 근처에서 비대칭성의 부호 및 크기의 차이를 설명한다.
• 결과는 격차가 局소 상asespace 효과 때문이 아니라, 두 실험 간에 해결되지 않은 체계적 차이에서 기인할 수 있음을 시사한다.