[論文レビュー] Nonleptonic Charm Decays and CP Violation

Bhubanjyoti Bhattacharya, Michael Gronau+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 26, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 20被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、最近のLHCbおよびCDFによる単一カルビボ・スクリーニングされた$D^0$崩壊における直接CP対称性の破れの観測を説明するため、フレーバー-SU(3)対称性フレームワークにSU(3)の破れ効果を組み込んだものである。CP対称性の破れを強化したペニンギン振幅を導入することで、測定された約0.7%のCP非対称性の差を説明し、$D^0\to\pi^0\pi^0$および$D^+\to K^+\overline{K}^0$最終状態における非ゼロのCP非対称性を予測している。強い位相$\delta$の広い範囲において、その符号は逆である。また、このモデルでは$D^0\to K^0\overline{K}^0$および$D^+\to\pi^+\pi^0$において$A_{CP}=0$であるが、これは新しいダイナミクスまたは$PA_b$寄与項が含まれない限り成立する。

ABSTRACT

In this talk we briefly present a flavor-SU(3) technique to study branching ratios and direct CP asymmetries $D$-meson decays. The first part of the talk is meant to set up a foundation, based on previous work, to deal with flavor-SU(3) amplitudes and relative strong phases. In addition, we present a model for dealing with SU(3)-breaking in branching ratio measurements of SCS $D^0$ decays. In the second part of the talk we make use of a proposal for an enhanced CP-violating penguin in the SM, to explain the recent LHCb and CDF observations of CP violation in SCS $D^0$ decays. Furthermore, we use our model to predict CP violation in $π^0π^0$ and $K^+\bar{K}^0$ final states. Large experimental bounds on individual CP asymmetries give rise to a large allowed range of $δ$, the strong phase of the CP-violating penguin. We also briefly discuss future prospects.

研究の動機と目的

• Cabibbo-favored $D^0$崩壊における観測された直接CP対称性の破れ（$\pi^+\pi^-$および$K^+K^-$最終状態）が標準模型（SM）の予測から逸脱していることの説明。
• 単一カルビボ・スクリーニングされた$D$崩壊におけるSU(3)の破れ効果を説明するフレーバー-SU(3)フレームワークの構築。
• 強化されたペニンギンモデルに基づき、$D^0\to\pi^0\pi^0$および$D^+\to K^+\overline{K}^0$最終状態におけるCP非対称性の予測。
• 非摂動的ペニンギン振幅の増幅が標準模型内に存在する可能性を検討し、新物理の説明に代わる代替解釈の妥当性を評価。
• 将来的な測定によってモデルを検証し、CP対称性の破れに寄与する強い位相$\delta$を制約するための重要な崩壊チャネルの特定。

提案手法

• フレーバー-SU(3)ダイアグラムティクスを用いて、$D$崩壊振幅（木、ペニンギン、消滅のトポロジーを含む）を記述。
• $T$および$A$振幅における因子化可能なSU(3)の破れ効果を導入し、SCS $D^0$の分岐比の逸脱を説明。
• SU(3)の破れがペニンギントポロジーにおけるGIMキャンセレーションの欠如に起因し、CP対称性の破れを強化したペニンギン振幅が生じるとするモデルを提唱。
• このフレームワークを用いて、$D^0\to\pi^0\pi^0$および$D^+\to K^+\overline{K}^0$における直接CP非対称性を予測。$\delta$の広い範囲において、両非対称性が相関し、符号が逆であることを示した。
• $PA_b$（ペニンギン消滅）の役割を検討し、$D^0\to K^0\overline{K}^0$において$A_{CP}$が非ゼロとなるメカニズムを生成する。この状況では、モデル内では$A_{CP}=0$である。
• 個々のCP非対称性の実験的制限を用いて、CP対称性の破れに寄与する強い位相$\delta$の許容範囲を制約。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フレーバー-SU(3)対称性にSU(3)の破れ効果を組み込んだモデルが、$D^0\to\pi^+\pi^-$および$D^0\to K^+K^-$最終状態への$D^0$崩壊の測定分岐比を説明できるか？
• RQ2 $D^0\to\pi^+\pi^-$および$D^0\to K^+K^-$崩壊における観測された直接CP対称性の破れが、標準模型内での強化されたCP対称性の破れペニンギン振幅と整合するか？
• RQ3 提案されたモデル下で、$D^0\to\pi^0\pi^0$および$D^+\to K^+\overline{K}^0$最終状態におけるCP非対称性は予測されるか？
• RQ4 $D^0\to K^0\overline{K}^0$および$D^+\to\pi^+\pi^0$において$A_{CP}=0$となる理由は何か？また、非ゼロの非対称性を生成するためにはどのような新しいダイナミクスが必要か？
• RQ5 個々のCP非対称性の現在の実験的制限を踏まえると、CP対称性の破れに寄与する強い位相$\delta$はどの程度制約を受けるか？

主な発見

• フレーバー-SU(3)フレームワークは、Cabibbo-favored $D$崩壊を良好に記述でき、パラメータフィットにおいて低$\chi^2$の最小値を示した。
• SCS $D^0\to\pi^+\pi^-$および$D^0\to K^+K^-$崩壊の測定分岐比は、SU(3)予測から顕著に逸脱しており、木振幅における因子化可能なSU(3)の破れだけではその逸脱を説明できない。
• 著者らは、ペニンギントポロジーにおけるGIMキャンセレーションの欠如に起因するSU(3)の破れが、CP対称性の破れを強化したペニンギン振幅を生じるとするモデルを提唱した。
• このモデルは、標準模型の枠組み内で、$D^0\to\pi^+\pi^-$と$D^0\to K^+K^-$崩壊の間で観測された約0.7%のCP非対称性の差をうまく説明している。
• このモデルでは、強い位相$\delta$の広い範囲において、$D^0\to\pi^0\pi^0$の$A_{CP}$は正であり、$D^+\to K^+\overline{K}^0$の$A_{CP}$は負であることが予測され、両者の非対称性に相関があることが示された。
• 個々のCP非対称性の実験的上限が大きく、CP対称性の破れに寄与する強い位相$\delta$は依然として制約が弱く、より精密な測定の必要性が浮き彫りになった。