[论文解读] Charm mixing and CPV

F. Ferrari|arXiv (Cornell University)|Jun 26, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 4被引用 9

一句话总结

本论文由LHCb合作组首次观测到粲夸克衰变中的CP破坏，通过时间依赖的$D^0 \to K^+K^-$和$D^0 \to \pi^+\pi^-$衰变测量实现。通过比较$\pi$标记样本与$\mu$标记样本中的原始不对称性，并应用运动学加权以抵消探测和产生不对称性，该分析分离出CP破坏不对称性差异，对直接CP破坏的显著性达到3.5个标准差。

ABSTRACT

In these proceedings, recent results on time-dependent and time-integrated measurements of $C\!P$ violation and of meson mixing in the charm sector are presented, including the first observation of $C\!P$ violation in the charm system.

研究动机与目标

• 通过时间积分和时间依赖测量，搜索粲介子衰变中的直接CP破坏。
• 利用LHCb和Belle合作组的数据，以更高精度测量粲夸克区的CP破坏参数。
• 在$D^0 \to K^0_S \pi^+ \pi^-$衰变模式中测定混合参数$x_{CP}$、$y_{CP}$、$\Delta x$和$\Delta y$。
• 检验标准模型在粲夸克区CP破坏的预测，并探测新物理。
• 实现迄今最精确的单实验粲夸克混合与CP破坏参数测定。

提出的方法

• 采用模型无关的分箱翻转方法，测量$D^0 \to K^0_S \pi^+ \pi^-$衰变模式中的CP破坏混合参数。
• 将Dalitz图在$m^2_+ = m^2_-$附近对称分箱，以保持强相位差恒定。
• 测量信号产额在对称箱$+b$与$-b$中的比值随衰变时间的变化，以提取$z_{CP} \pm \Delta z$。
• 应用运动学加权以抵消$K^+K^-$与$\pi^+\pi^-$末态之间的产生和探测不对称性。
• 对$m(D^{*+})$和$m(D^{0})$质量分布进行联合最小二乘拟合，以提取信号与背景产额。
• 结合即时$D^{*+} \to D^0\pi^+$和半轻$\overline{B} \to D^0\mu^-\overline{\nu}_\mu$衰变，以提升统计精度并降低系统误差。

实验结果

研究问题

• RQ1 在粲夸克衰变中，特别是$D^0 \to K^+K^-$和$D^0 \to \pi^+\pi^-$模式中，是否存在直接CP破坏？
• RQ2 在粲系统中，CP平均混合参数$x_{CP}$和$y_{CP}$的最精确测量值是什么？
• RQ3 混合参数$\Delta x$和$\Delta y$是否与粲区CP守恒一致？
• RQ4 LHCb的结果如何影响世界平均的粲夸克混合与CP破坏？
• RQ5 观测到粲系统中CP破坏的显著性意义何在？这是否暗示存在新物理？

主要发现

• 在$D^0 \to K^+K^-$和$D^0 \to \pi^+\pi^-$衰变模式中，首次报告了粲夸克区CP破坏的观测，显著性达3.5个标准差。
• 测得的CP不对称性差异$\Delta A_{CP} = A_{CP}(K^+K^-) - A_{CP}(\pi^+\pi^-)$为$(0.014 \pm 0.004)\%$，与非零CP破坏一致。
• CP平均混合参数的测量结果为$x_{CP} = (2.7 \pm 1.6 \pm 0.4) \times 10^{-3}$和$y_{CP} = (7.4 \pm 3.6 \pm 1.1) \times 10^{-3}$。
• 混合参数$\Delta x = (-0.53 \pm 0.70 \pm 0.22) \times 10^{-3}$和$\Delta y = (0.6 \pm 1.6 \pm 0.3) \times 10^{-3}$与零一致，表明间接CP破坏不显著。
• 将$x_{CP}$结果与世界平均值结合，首次在3.5σ水平上提供$x > 0$的证据。
• 该分析实现了迄今最精确的单实验粲夸克混合与CP破坏参数测定，系统误差主要来自次级衰变和重建效率。