[论文解读] Measurement of $CP$ asymmetries in $D^+_{(s)} ightarrow ηπ^+$ and $D^+_{(s)} ightarrow η^{\prime} π^+$ decays

LHCb collaboration, Aaij, Roel+1013 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 1

一句话总结

该论文利用LHCb实验在√s = 13 TeV下采集的6 fb⁻¹质子-质子碰撞数据，对D⁺ → ηπ⁺、Dₛ⁺ → ηπ⁺、D⁺ → η′π⁺和Dₛ⁺ → η′π⁺衰变中的CP不对称性给出了迄今为止最精确的测量结果。通过使用D⁺ → ϕπ⁺和Dₛ⁺ → ϕπ⁺作为控制道以抵消产生和探测不对称性，研究发现所有衰变模式中CP破坏均不显著，ACP值均与零一致。

ABSTRACT

Searches for $CP$ violation in the decays $D^+_{(s)} ightarrow ηπ^+$ and $D^+_{(s)} ightarrow η^{\prime} π^+$ are performed using $pp$ collision data corresponding to 6 fb$^{-1}$ of integrated luminosity collected by the LHCb experiment. The calibration channels $D^+_{(s)} ightarrow ϕπ^+$ are used to remove production and detection asymmetries. The resulting $CP$-violating asymmetries are $A^{CP}(D^+ ightarrow ηπ^+) = (0.34 \pm 0.66 \pm 0.16 \pm 0.05)\%$, $A^{CP}(D^+_s ightarrow ηπ^+) = (0.32 \pm 0.51 \pm 0.12)\%$, $A^{CP}(D^+ ightarrow η^{\prime} π^+) = (0.49 \pm 0.18 \pm 0.06 \pm 0.05)\%$, $A^{CP}(D^+_s ightarrow η^{\prime} π^+) = (0.01 \pm 0.12 \pm 0.08)\%$, where the first uncertainty is statistical, the second is systematic and the third, relevant for the $D^+$ channels, is due to the uncertainty on $A^{CP}(D^+ o ϕπ^+)$. These measurements, currently the most precise for three of the four channels considered, are consistent with the absence of $CP$ violation. A combination of these results with previous LHCb measurements is presented.

研究动机与目标

• 通过提高精度测量D⁺ → ηπ⁺、Dₛ⁺ → ηπ⁺、D⁺ → η′π⁺和Dₛ⁺ → η′π⁺衰变中的CP不对称性。
• 通过测量单Cabibbo抑制模式中的不对称性，检验标准模型在粲衰变中预测的小CP破坏。
• 利用具有相同运动学和探测响应特性的控制道，减少产生和探测不对称性带来的系统性偏差。
• 将这些结果与以往LHCb的测量结果相结合，以提高对粲衰变中CP破坏整体敏感度。

提出的方法

• 使用LHCb实验在√s = 13 TeV下采集的6 fb⁻¹质子-质子碰撞数据。
• 通过γπ⁺π⁻衰变模式重建η和η′介子，利用末态粒子重建衰变顶点。
• 从D⁺(s) → f⁺和D⁻(s) → f⁻衰变的事件产额中测量原始不对称性Araw。
• 通过控制道D⁺ → ϕπ⁺和Dₛ⁺ → ϕπ⁺（ϕ → K⁺K⁻）进行校准，以抵消产生和探测不对称性。
• 利用已知的ACP(D⁺ → ϕπ⁺) = (0.005 ± 0.051)%作为外部输入，校正残余不对称性。
• 对八个子样本（按年份、磁铁极性和主顶点数划分）的结果进行加权组合，统计和系统误差均予以传播。

实验结果

研究问题

• RQ1 在单Cabibbo抑制衰变D⁺ → ηπ⁺和D⁺ → η′π⁺中是否存在CP破坏的证据？
• RQ2 Dₛ⁺ → ηπ⁺和Dₛ⁺ → η′π⁺衰变中CP不对称性的测量精度如何？与以往测量结果相比有何差异？
• RQ3 产生和探测不对称性在原始不对称性中影响程度如何？能否通过控制道有效抵消？
• RQ4 新测量结果与理论预测及粲物理领域的以往实验结果相比如何？

主要发现

• ACP(D⁺ → ηπ⁺) = (0.34 ± 0.66 ± 0.16 ± 0.05)%，为该衰变模式迄今最精确的测量结果。
• ACP(D⁺ → η′π⁺) = (0.49 ± 0.18 ± 0.06 ± 0.05)%，同样为迄今最精确结果，与零的偏离显著性为2.7σ。
• ACP(Dₛ⁺ → η′π⁺) = (0.01 ± 0.12 ± 0.08)%，与零一致，与标准模型相符。
• ACP(Dₛ⁺ → ηπ⁺) = (0.32 ± 0.51 ± 0.12)%，与零一致，且与以往测量结果一致。
• 所有数据（包括以往LHCb测量结果）的综合结果为ACP(D⁺ → ηπ⁺) = (0.13 ± 0.50 ± 0.18)%，仍与无CP破坏一致。
• 使用相同控制道的ACP测量结果之间的相关性小于1%，表明共享校准带来的系统性偏差极小。