[논문 리뷰] Tests of CPT symmetry in B0-B0bar mixing and in B0 to c cbar K0 decays

Klaus R. Schubert|arXiv (Cornell University)|2016. 07. 20.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 BABAR 실험에서 확보한 470×10⁶개의 B̄B 사건을 이용해 B⁰-B̄⁰ 혼합과 B⁰→cc̄K⁰ 붕괴에서 CPT 대칭성에 대한 고정밀도 시험을 제시한다. 얽힌 B⁰-B̄⁰ 쌍의 시간에 따라 변하는 붕괴율을 분석함으로써 CPT 위반 매개변수 Re(z)와 Im(z)를 측정하였으며, 그 결과는 CPT 불변성과 일치하고 레이저 대칭성 위반에 대한 한계를 설정한다.

ABSTRACT

Using the time dependences for the decays Y(4S) to B0B0bar to (ell^+- X)(c cbar K_S,L), we determine the three CPT-sensitive parameters Re (z) and Im (z) in B0-B0bar mixing and |Abar/A| in B0 to c cbar K0 decays. We find Im(z) = 0.010 +- 0.030 +- 0013, Re(z) = -0:065 +- 0.028 +- 0.014, and |Abar/A| = 0.999 +- 0.023 +- 0.017, in agreement with CPT symmetry. The Re(z) result provides a limit on one component of Lorentz-symmetry violation.

연구 동기 및 목표

• B⁰-B̄⁰ 혼합에서 CPT 대칭성을 시험하기 위해 CPT 위반의 잠재적 영향을 기술하는 복소수 매개변수 z를 측정함으로써, B⁰- B̄⁰ 혼합 진폭에서의 CPT 위반을 분석한다.
• B⁰→cc̄K⁰ 붕괴에서 CPT 위반을 탐색하기 위해 B⁰와 B̄⁰의 붕괴 진폭 A와 A̅의 비율 |A̅/A|를 측정한다.
• 얽힌 B⁰-B̄⁰ 쌍의 시간에 따라 변하는 붕괴율을 이용해 z의 실수부를 통해 레이저 대칭성 위반에 대한 제약 조건을 설정한다.
• 혼합과 붕괴 시간에 따라 변하는 진폭에서의 측정치를 통합함으로써 B⁰ 시스템에서 CPT 시험의 정밀도를 향상시킨다.

제안 방법

• Υ(4S) → B⁰B̄⁰ 붕괴에서 생성된 얽힌 B⁰-B̄⁰ 쌍의 시간에 따라 변하는 붕괴율을 활용하며, 한 입자는 ℓ±X(구분 가능한 태그)로, 다른 한 입자는 cc̄K⁰(CP 고유상태 태그)로 붕괴한다.
• 8개의 붕괴 채널 쌍에서 추출한 16개의 시간에 따라 변하는 계수(C₁–C₈, S₁–S₈)에 χ² 최적화를 적용하여 Im(λ), |λ|, Re(z), Im(z) 등의 매개변수를 결정한다.
• B⁰-B̄⁰ 혼합과 붕괴에 대한 효과적 해밀토니안 이론 프레임워크를 적용하며, z는 (m₁₁−m₂₂)−i(Γ₁₁−Γ₂₂)/2를 (Δm−iΔΓ/2)로 나눈 값으로 정의되며, CPT 위반 효과를 포함한다.
• 측정된 Re(z)를 표준모형 확장(SME)의 계수와 연결하기 위해 β^μΔa_μ = Re(z)×Δm 관계를 사용하여 레이저 위반에 대한 제약 조건을 설정한다.
• B⁰→cc̄K_S와 B⁰→cc̄K_L 붕괴에서 시간에 따라 변하는 진폭을 동시에 피팅하여 |q/p|, λ = qA̅/(pA), 그리고 작은 매개변수 Re(z), Im(z)의 영향를 포함한다.
• 전용 제어 샘플과 시뮬레이션 기반 보정을 통해 시스템적 불확실성을 고려하며, 결과는 통계적 오차와 시스템적 오차로 보고된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 B⁰-B̄⁰ 혼합에서 CPT 위반 매개변수 z의 실수부가 0과 일치하는가? 이는 B⁰-B̄⁰ 혼합에서 레이저 대칭성 위반이 없는지를 의미한다.
• RQ2 B⁰-B̄⁰ 혼합에서 z의 허수부가 0과 일치하는가? 이는 CPT 위반이 없는지를 의미한다.
• RQ3 B⁰→cc̄K⁰ 붕괴에서 붕괴 진폭의 비율 |A̅/A|가 1과 일치하는가? 이는 CPT 대칭성에 의해 요구된다.
• RQ4 얽힌 B⁰-B̄⁰ 쌍의 측정된 시간에 따라 변하는 붕괴율이 레이저 위반과 관련된 표준모형 확장(SME)의 계수를 제약 조건으로 설정할 수 있는가?

주요 결과

• 측정된 Im(z) = 0.010 ± 0.030(통계적) ± 0.013(시스템적)는 0과 일치하며, B⁰-B̄⁰ 혼합에서 CPT 대칭성이 유지됨을 지지한다.
• 측정된 Re(z) = -0.065 ± 0.028(통계적) ± 0.014(시스템적)는 레이저 대칭성 위반에 대한 제약 조건을 설정하며, 이는 Δa₀ - 0.30Δa_z = (-1.9 ± 0.8 ± 0.4)×10⁻¹⁴ GeV에 해당한다.
• |A̅/A| = 0.999 ± 0.023 ± 0.017는 1과 일치하며, B⁰→cc̄K⁰ 붕괴에서 CPT 대칭성에 대한 강력한 증거를 제공한다.
• ΔΓ = 0이라는 가정 하에 결과가 안정하며, Re(λ)의 부호에 대한 불확실성과 무관하게 Re(z)와 Im(z)의 최종 값은 변화하지 않는다.
• 최종 데이터 샘플은 470×10⁶개의 B̄B 사건을 포함하며, 이는 이전의 BABAR 및 Belle 결과에 비해 정밀도가 크게 향상되었다.
• 측정된 Re(z)와 Im(z)는 |q/p|의 세계 평균과 일치하며, 통합 피팅을 통해 관련 매개변수 수준에서 1% 정밀도로 CPT 불변성이 확인되었다.