[논문 리뷰] LHCb $\bigtriangleup A_{CP}$ of $D$ meson and R-Parity Violation

Xue Chang, Ming-Kai Du외 3명|arXiv (Cornell University)|2012. 01. 12.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 특정 $\lambda'^\prime_{122}$ 및 $\lambda'^\prime_{112}$ 결합을 가진 R-포탄 위반 초대칭(RPV-SUSY)이 $\Delta A_{CP}^{\text{dir}} \approx -0.82\%$로 관측된 $D$ 메손 붕괴에서 큰 직접 CP 위반을 설명할 수 있음을 제안한다. 이는 $K$ 및 $B$ 메손에서의 CP 위반이 표준모형(SM) 예측과 일치하도록 유지하면서 이루어진다. 증폭은 RPV 상호작용에 의해 매개되는 트리 진동과 펜그린 진동 진폭 간의 간섭으로 발생하며, 이는 $K$ 또는 $B$ 붕괴에서의 실험적 제약을 유발하지 않으면서도 $D$-메손의 CP 비대칭성을 선택적으로 증폭시킨다.

ABSTRACT

LHCb collaboration has recently announced a measurement of the difference of time-integrated CP asymmetries between $D ightarrow K^+K^-$ and $D ightarrow π^+π^-$. This result provides the evidence of large direct CP violation in $D$ meson and reveals some important implications on underlying new physics. It is shown that the direct CP violation in $D$ meson can be enhanced by R-parity violating supersymmetry, while CP violations in $K$ and $B$ mesons are suppressed by this new physics, which is in consistence with previous experiments. Constraints on the model parameters and some consequences are also discussed.

연구 동기 및 목표

• 관측된 $D$ 메손 붕괴에서의 큰 직접 CP 위반, 즉 $\Delta A_{CP}^{\text{dir}} \approx -0.82\%$를 설명하기 위해.
• R-포탄 위반 초대칭이 $D$-메손의 CP 위반을 증폭시키면서도 $K$ 및 $B$ 메손 시스템에서의 기여를 억제할 수 있는지 탐색하기 위해.
• 레프톤 편미분 위반 및 $D$-메손 CP 비대칭성에 대한 실험적 제약을 활용하여 $\lambda'^\prime_{ijk}$ 결합의 허용 가능한 매개변수 공간을 제약하기 위해.
• 예측된 스칼라 쿼크 및 이색 붕괴 채널에서의 LHC에서의 타당한 현상학적 신호를 식별하기 위해.

제안 방법

• CKM 위상가 포함된 트리 및 펜그린 도형을 포함한 SM 진폭을 사용하여 $D^0 \to \pi^+\pi^-$ 및 $D^0 \to K^+K^-$ 붕괴에서의 직접 CP 비대칭을 모델링하기 위해.
• 새로운 펜그린 및 트리 수준의 진폭을 생성하기 위해 R-포탄 위반 결합 $\lambda'^\prime_{122}$ 및 $\lambda'^\prime_{112}$ 를 도입하여 SM 진폭과 간섭시키기 위해.
• 스페이스타임적 글루온 운동량의 해석적 계속성을 사용하여 새로운 진폭의 허수 부분을 추정하고, 강입자 매트릭스 요소 및 쿼크 질량을 통합하기 위해.
• RPV 결합에 대한 함수로서 총 직접 CP 비대칭을 유도하고 LHCb 측정치와 비교하기 위해.
• 레프톤 편미분 위반 및 $K$-메손 CP 위반에 대한 실험적 제약 조건을 적용하여 $\lambda'^\prime_{ijk}$ 결합의 허용 가능한 매개변수 공간을 제한하기 위해.
• 관측 가능한 서명을 예측하기 위해, 예를 들어 $\tilde{q}\tilde{q}$ 및 $\tilde{q}e$ 생성과 함께 이색 최종 상태를 사용하여, 관측 가능한 질량 재구성 및 운동학적 컷을 통해 LHC에서의 신호를 추론하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 R-포탄 위반 초대칭이 $K$ 및 $B$ 메손의 CP 위반을 손상시키지 않으면서도 관측된 $\Delta A_{CP}^{\text{dir}} \approx -0.82\%$를 $D$ 메손 붕괴에서 설명할 수 있는가?
• RQ2 관측된 $D$-메손 직접 CP 위반 증폭을 생성하기 위해 필요한 특정 RPV 결합($\lambda'^\prime_{ijk}$)은 무엇인가?
• RQ3 $K$-메손 및 $B$-메손 CP 위반에 대한 제약 조건이 $\lambda'^\prime_{122}$ 및 $\lambda'^\prime_{112}$의 허용 가능한 값에 어떻게 제한을 가하는가?
• RQ4 이 RPV-SUSY 모델에서 예측된 스칼라 쿼크 및 이색 붕괴에 대한 LHC에서의 타당한 신호는 무엇인가?
• RQ5 왜 RPV 메커니즘이 $K$ 및 $B$ 메손보다 $D$ 메손에서의 CP 위반을 선별적으로 증폭시키는가?

주요 결과

• 모델은 $A_{CP}^{\text{dir}}(D^0 \to \pi^+\pi^-) \approx 0.35\%$ 및 $A_{CP}^{\text{dir}}(D^0 \to K^+K^-) \approx -0.36\%$를 예측하여 $\Delta A_{CP}^{\text{dir}} \approx -0.71\%$를 이룩하며, 이는 LHCb 측정치인 $-0.82\% \pm 0.25\%$와 유사하다.
• D-메손 CP 위반의 증폭은 SM 진폭과 새로운 RPV 진폭 간의 간섭으로 발생하며, 새로운 기여는 $\mathrm{Im}(\lambda'^\prime_{122}\lambda'^\prime_{112*})$ 비례하며, 이는 SM 펜그린 기여보다 약 40배 증폭된다.
• 신규 도형이 온-shell 내부 상태를 생성하지 않기 때문에 $K$-메손 CP 위반에 대한 실험적 제약 조건을 충족한다. 따라서 상당한 허수 부분을 갖지 않는다.
• $|\lambda'^\prime_{i22}\lambda'^\prime_{i12*}| < 2.11 \times 10^{-5} \left(\frac{m_{\tilde{d}_{kR}}}{100\,\text{GeV}}\right)^2$ 제약 조건은 $m_{\tilde{d}_{R}} \geq 13\,m_{\tilde{e}}$를 이끌어내며, 이는 RPV-SUSY 매개변수 공간을 강력하게 제한한다.
• 모델은 스칼라 쿼크의 쌍 생성($\tilde{q}\tilde{q}$) 및 단일 생성($\tilde{q}e$)을 통해 LHC에서 관측 가능한 신호를 예측하며, 관측 가능한 질량 재구성 및 운동학적 컷을 통해 표준모형 배경과 구별 가능한 이색 최종 상태를 제공한다.
• $D^0$-$\bar{D}^0$ 혼합은 CKM 억제로 인해 무시할 만큼 작은 새로운 기여를 받으며, $K$-메손 혼합은 영향을 받지 않아 기존 데이터와의 일치성이 유지된다.