[논문 리뷰] CP Violation in charm decays at CDF

A. Di Canto|arXiv (Cornell University)|2012. 08. 13.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 1인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 CDF Run II 전체 데이터셋을 사용하여 쿠르드 쿠르드 붕괴에서 CP 위반의 세계 최고 정밀도 측정을 제시한다. D*± → D⁰π± 붕괴를 통해 D⁰의 품질을 태그하고, D⁰ → K₀Sπ⁺π⁻ 및 D⁰ → h⁺h⁻ (h = π, K) 최종 상태에서 시간 통합 비대칭을 분석함으로써, CDF는 CP 비대칭의 차이에서 0으로부터의 2.7σ 이격을 관측하였으며, 이는 LHCb의 결과와 일치하며, 쿠르드 영역에서의 상당한 CP 위반이 있음을 시사한다.

ABSTRACT

Exploiting the full Run II data sample collected by the CDF trigger on displaced vertices, we present a search for CP violation in neutral D mesons decays to hadronic final states. We use the strong D^{*+} o D^{0}π^{+} (and c.c.) decay to identify the flavor of the charmed meson at production time and exploit CP-conserving strong c\bar{c} pair-production in p\bar{p} collisions. The results are the world's most precise measurements to date and confirm the presence of sizable CP-violating effects in the charm sector as recently observed by the LHCb Collaboration

연구 동기 및 목표

• 9.7 fb⁻¹의 전체 CDF Run II 데이터셋을 사용하여 중성 D⁰ 붕괴에서 CP 위반을 탐색한다.
• 딜리츠 플롯 분석과 차등 비대칭 기법을 활용하여 D⁰ → K₀Sπ⁺π⁻ 및 D⁰ → h⁺h⁻ 붕괴에서 시간 통합 CP 비대칭 측정의 정밀도를 향상시킨다.
• 최근 LHCb의 관측 결과와 일치하는 쿠르드 붕괴에서의 CP 위반을 테스트하고, 표준 모형에서의 이격의 뜻을 평가한다.
• D⁰ → K⁺K⁻와 D⁰ → π⁺π⁻ 붕괴 간 비대칭의 차이를 측정하여 검출기 유도 비대칭을 억제한다.
• 이전 CDF 결과를 초월하여 D⁰ → π⁺π⁻ 및 D⁰ → K⁺K⁻ 붕괴에서 CP 비대칭의 세계 최고 정밀도 측정을 추출한다.

제안 방법

• p¯p 충돌에서 CP 보존 c¯c 쌍 생성을 이용하여 D*⁺ → D⁰π⁺ 붕괴에서 파iring의 전하를 통해 붕괴 초기의 D⁰ 품질을 태그한다.
• 등가 모형을 사용하여 D⁰ → K₀Sπ⁺π⁻ 붕괴의 전체 딜리츠 피팅을 수행하여 중간 상태의 공진 상태에 대한 피팅 분율 비대칭을 추출한다.
• D⁰ 및 D̄⁰ 딜리츠 플롯 간 모델에 종속되지 않는 비트-바이-비트 비교를 수행하여 결과를 상호 검증하고 체계적 편향을 줄인다.
• 검출기 유도 효율 비대칭을 상쇄하기 위해 CP 비대칭의 차이 ΔACP = ACP(D⁰ → K⁺K⁻) − ACP(D⁰ → π⁺π⁻)를 측정한다.
• K⁺K⁻ 및 π⁺π⁻ 최종 상태 간 평균 붕괴 시간 차이를 이용하여 혼합에서 간접적인 CP 위반(ACPind)을 추출한다.
• 이전 CDF 측정치와 LHCb 데이터를 결합하여 ΔACPdir 및 ACPind를 보다 정밀하게 추출한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 D⁰ → K₀Sπ⁺π⁻ 붕괴 모드에서, 특히 공진 상태 하위 성분에서 CP 위반이 존재하는 증거가 있는가?
• RQ2 D⁰ → K⁺K⁻와 D⁰ → π⁺π⁻ 붕괴 간 CP 비대칭의 차이가 0에서 이격되어 있는가? 이는 새로운 물리학을 시사하는가?
• RQ3 D⁰ → π⁺π⁻ 및 D⁰ → K⁺K⁻ 붕괴에서 시간 통합 CP 비대칭의 가장 정밀한 측정치는 무엇인가?
• RQ4 CDF 결과는 단일 Cabibbo 억제된 D⁰ 붕괴에서 CP 위반을 관측한 LHCb의 관측과 어떻게 비교되는가?
• RQ5 측정된 CP 비대칭은 D⁰ 혼합에서 간접적인 CP 위반 매개변수 ACPind를 제약하는 데 사용될 수 있는가?

주요 결과

• D⁰ → K₀Sπ⁺π⁻의 시간 통합 CP 비대칭 측정치는 (−0.05 ± 0.57 stat ± 0.54 syst)%, 0과 일치하며 표준 모형과도 일치한다.
• D⁰ → K⁺K⁻와 D⁰ → π⁺π⁻ 붕괴 간 CP 비대칭의 차이는 ΔACP = (−0.62 ± 0.21 stat ± 0.10 syst)%, 0에서 2.7σ 이격되어 있다.
• 통합 분석 결과 ΔACPdir = (−0.67 ± 0.16)%, 약 3.8σ의 이격을 보이며 쿠르드 붕괴에서의 CP 위반에 강력한 증거를 제시한다.
• 혼합에서의 간접적인 CP 위반 매개변수는 ACPind = (−0.02 ± 0.22)%로 측정되었으며, 0과 일치하지만 정밀도가 향상되었다.
• 개별적인 CP 비대칭은 ACP(D⁰ → π⁺π⁻) = (+0.31 ± 0.22)% 및 ACP(D⁰ → K⁺K⁻) = (−0.32 ± 0.21)%로 측정되었으며, 이는 지금까지 세계에서 가장 정밀한 측정치이다.
• 이 결과들은 LHCb의 쿠르드 붕괴에서의 CP 위반 관측과 일치하며, 쿠르드 영역에서 상당한 CP 위반 효과가 존재함을 뒷받침한다.