[论文解读] CP violation and mixing in the charm sector at Belle, and current HFAG averages

B. R. Ko|arXiv (Cornell University)|Dec 21, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 5

一句话总结

本文综述了当前HFAG对 charm 介子混合与CP破坏参数的平均值，并展示了Belle对 charm 介子混合及CP破坏参数的新测量结果。通过 $D^0 \to K^0_S\pi^+\pi^−$ 和 $D^0 \to h^+h^−$ 的时间依赖Dalitz分析，以及对 $D^+ \to K^0_S\pi^+$、$D^0 \to h^+h^−$ 和 $D^+ \to K^0_S K^+$ 中直接CP破坏不对称性的测量，Belle未发现显著的直接CP破坏，$ \Delta A^{hh}_{CP} = (-0.87 \pm 0.41)\%$ 显示与零有2.1σ的偏离，与LHCb和CDF结果一致。

ABSTRACT

Current HFAG averages of the mixing and CP violation parameters in the $D^0$ meson system is to be reviewed. We present recent Belle measurements of the mixing parameters $x$ and $y$ using $D^0 ightarrow K^0_Sπ^+π^-$, and $y_{CP}$ and $A_Γ$ from $D^0 ightarrow h^+h^-$, $D^0 ightarrow K^-π^+$, where $h$ denotes $K$ or $π$. Belle measurements of direct CP violation in $D^+ ightarrow K^0_Sπ^+$, $D^0 ightarrow h^+h^-$, and $D^+ ightarrow K^0_SK^+$ decays together with $ΔA^{hh}_{CP}$ are to be presented.

研究动机与目标

• 更新并综述当前 charm 能区中 $D^0$ 混合与 CP 破坏参数的 HFAG 平均值。
• 通过使用时间依赖 Dalitz 分析研究 $D^0 \to K^0_S\pi^+\pi^-$ 衰变，展示 Belle 对混合参数 $x$ 和 $y$ 的新测量结果。
• 通过 $D^0 \to h^+h^-$ 和 $D^0 \to K^- one^+$ 衰变测量 $y_{CP}$ 和 $A_{\Gamma}$，以探测 CP 破坏的宽度不对称性。
• 在 $D^+ \to K^0_S\pi^+$、$D^0 \to h^+h^-$ 和 $D^+ \to K^0_S K^+$ 衰变中搜索直接 CP 破坏，将 $\Delta A^{hh}_{CP}$ 作为直接 CP 破坏的代理指标。
• 检验 charm 衰变中间接 CP 破坏的普遍性，并与 LHCb 和 CDF 的结果进行比较。

提出的方法

• 使用包含 P-波、D-波共振态以及 S-波态的 K-矩阵/LASS 参数化模型，对 $D^0 \to K^0_S\pi^+\pi^-$ 衰变进行时间依赖 Dalitz 分析。
• 通过拟合衰变振幅 $\mathcal{M}(m^2_-, m^2_+, t)$ 提取 $x$ 和 $y$，在 $CP$ 守恒条件下（$q/p = 1$）进行，同时施加 $\tau_{D^0} = 410.3 \pm 0.4$ fs 的约束。
• 通过 $y_{CP} = \tau_{K^- one^+}/\tau_{h^+h^-} - 1$ 测量 $CP$-偶态 ($D^0 \to h^+h^-$) 与 $CP$-混合态 ($D^0 \to K^- one^+$) 之间的寿命差异，考虑 $\cos\theta^*$ 的角度依赖性。
• 在 $|\cos\theta^*|$ 的分箱中测量 $D^+ \to K^0_S\pi^+$、$D^0 \to h^+h^-$ 和 $D^+ \to K^0_S K^+$ 衰变中的直接 CP 不对称性 $A_{CP}$，以探测 CP 不对称性。
• 通过计算 $\Delta A^{hh}_{CP} = A^{KK}_{CP} - A^{\pi\pi}_{CP}$ 来近似隔离直接 CP 破坏，假设间接 CP 破坏具有普遍性。
• 减去实验依赖的 $A^{\overline{K}^0}_{CP}$ 贡献，以隔离与 charm 衰变相关的特定 CP 不对称性。

实验结果

研究问题

• RQ1 Belle 通过 $D^0 \to K^0_S\pi^+\pi^-$ 衰变对 $D^0$ 混合参数 $x$ 和 $y$ 的最新最佳测量结果是什么？
• RQ2 在 $CP$-偶态与 $CP$-奇态 $D^0$ 态之间的宽度不对称性中，是否存在 $CP$ 破坏的证据，如 $y_{CP}$ 所量化？
• RQ3 在 $D^+ \to K^0_S\pi^+$、$D^0 \to h^+h^-$ 和 $D^+ \to K^0_S K^+$ 衰变中，直接 CP 破坏是否显现，且是否与标准模型预测一致？
• RQ4 $\Delta A^{hh}_{CP}$ 是否显示出非零信号，表明 charm 衰变中存在直接 CP 破坏？其与 LHCb 和 CDF 的结果相比如何？
• RQ5 $D^+ \to \overline{K}^0 K^+$ 中的 CP 不对称性是否与 $\Delta A^{hh}_{CP}$ 测量结果一致？这对不对称性的起源有何启示？

主要发现

• Belle 通过 $D^0 \to K^0_S\pi^+\pi^-$ 衰变测得的 $x = (0.56 \pm 0.19^{+0.03+0.06}_{-0.09-0.09})\%$ 和 $y = (0.30 \pm 0.15^{+0.04+0.03}_{-0.05-0.06})\%$ 是迄今为止最灵敏的测量结果。
• $y_{CP} = (1.11 \pm 0.22 \pm 0.11)\%$ 以 4.5σ 显著性被观测到，表明 $CP$-偶态与 $CP$-奇态之间存在宽度不对称性。
• $A_{\Gamma} = (-0.03 \pm 0.20 \pm 0.08)\%$ 表明在宽度不对称性中未观测到显著的 CP 破坏。
• $A^{D^+ \to K^0_S\pi^+}_{CP} = (-0.363 \pm 0.094 \pm 0.067)\%$ 显示与零有 3.2σ 的偏离，但在减去 $A^{\overline{K}^0}_{CP}$ 后，与 charm 衰变相关的特定 CP 不对称性为 $(-0.024 \pm 0.094 \pm 0.067)\%$，与零一致。
• $\Delta A^{hh}_{CP} = (-0.87 \pm 0.41 \pm 0.06)\%$ 显示与零有 2.1σ 的偏离，支持近期 LHCb 和 CDF 的结果。
• $A^{D^+ \to \overline{K}^0 K^+}_{CP} = (-0.246 \pm 0.275 \pm 0.135)\%$ 在减去 $A^{\overline{K}^0}_{CP}$ 后变为 $(+0.082 \pm 0.275 \pm 0.135)\%$，未显示显著不对称性，尽管不确定性较大。