[论文解读] Search for CP violation in $D^{\pm} ightarrow K^0_{\mathrm{S}} K^{\pm}$ and $D^{\pm}_{s} ightarrow K^0_{\mathrm{S}} \pi^{\pm}$ decays

R. Aaij, B. Adeva+698 more|arXiv (Cornell University)|Jun 10, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 30被引用 7

一句话总结

本研究利用大型强子对撞机LHCb实验获取的3 fb⁻¹质子-质子碰撞数据，搜索了Cabibbo抑制的 $D^\pm \to K^0_\mathrm{S} K^\pm$ 和 $D^\pm_s \to K^0_\mathrm{S} \pi^\pm$衰变中的CP破坏。测量得到的CP破坏不对称性与零一致：$\mathcal{A}_{CP}^{D^\pm \to K^0_\mathrm{S} K^\pm} = (+0.03 \pm 0.17 \pm 0.14)\%$ 和 $\mathcal{A}_{CP}^{D^\pm_s \to K^0_\mathrm{S} \pi^\pm} = (+0.38 \pm 0.46 \pm 0.17)\%$，代表了迄今为止最精确的测量结果，未发现CP破坏的证据。

ABSTRACT

A search for \CP violation in Cabibbo-suppressed $D^{\pm} ightarrow K^0_{\mathrm{S}} K^{\pm}$ and $D^{\pm}_{s} ightarrow K^0_{\mathrm{S}} \pi^{\pm}$ decays is performed using $pp$ collision data, corresponding to an integrated luminosity of 3~fb$^{-1}$, recorded by the LHCb experiment. The individual $CP$-violating asymmetries are measured to be \begin{eqnarray*} \mathcal{A}_{CP}^{D^{\pm} ightarrow K^0_{\mathrm{S}} K^{\pm}} & = & (+0.03 \pm 0.17 \pm 0.14) \% \mathcal{A}_{CP}^{D^{\pm}_{s} ightarrow K^0_{\mathrm{S}} \pi^{\pm}} & = & (+0.38 \pm 0.46 \pm 0.17) \%, \end{eqnarray*} assuming that $CP$ violation in the Cabibbo-favoured decays is negligible. A combination of the measured asymmetries for the four decay modes $D^{\pm}_{(s)} ightarrow K^0_{\mathrm{S}} K^{\pm}$ and $D^{\pm}_{(s)} ightarrow K^0_{\mathrm{S}} \pi^{\pm}$ gives the sum \[ \mathcal{A}_{CP}^{D^{\pm} ightarrow K^0_{\mathrm{S}} K^{\pm}} + \mathcal{A}_{CP}^{D^{\pm}_{s} ightarrow K^0_{\mathrm{S}} \pi^{\pm}} = (+0.41 \pm 0.49 \pm 0.26) \%. \] In all cases, the first uncertainties are statistical and the second systematic. The results represent the most precise measurements of these asymmetries to date and show no evidence for CP violation.

研究动机与目标

• 利用高精度数据，搜索Cabibbo抑制的 $D^\pm \to K^0_\mathrm{S} K^\pm$ 和 $D^\pm_s \to K^0_\mathrm{S} \pi^\pm$ 衰变中的CP破坏。
• 以更高的统计和系统误差精度，测量这些衰变模式中的CP破坏不对称性。
• 通过将测量得到的不对称性与零进行比较，检验标准模型在这些Cabibbo favoured衰变中CP破坏可忽略的预测。
• 将四种衰变模式（$D^\pm_{(s)} \to K^0_\mathrm{S} K^\pm$ 和 $D^\pm_{(s)} \to K^0_\mathrm{S} \pi^\pm$）的结果合并，以增强对潜在CP破坏的敏感度。

提出的方法

• 分析使用了大型强子对撞机LHCb实验收集的3 fb⁻¹质子-质子碰撞数据。
• 根据运动学和顶点拓扑标准选择重建的 $D^\pm$ 和 $D^\pm_s$ 衰变，包括通过 $\pi^+ \pi^-$ 衰变顶点重建 $K^0_\mathrm{S}$。
• CP破坏不对称性定义为 $\mathcal{A}_{CP} = (\Gamma(D \to f) - \Gamma(\bar{D} \to \bar{f})) / (\Gamma(D \to f) + \Gamma(\bar{D} \to \bar{f}))$，其中 $f$ 表示末态。
• 统计不确定性通过蒙特卡罗模拟估算，系统不确定性则通过控制样本和分析选择的变化进行评估。
• 联合不对称性通过单独测量的 $D^\pm \to K^0_\mathrm{S} K^\pm$ 和 $D^\pm_s \to K^0_\mathrm{S} \pi^\pm$ 结果的加权平均计算得出。
• 在解释结果时，假设Cabibbo favoured衰变中CP破坏可忽略，以在Cabibbo抑制模式中识别CP破坏信号。

实验结果

研究问题

• RQ1 在Cabibbo抑制衰变 $D^\pm \to K^0_\mathrm{S} K^\pm$ 中是否存在CP破坏的证据？
• RQ2 $D^\pm_s \to K^0_\mathrm{S} \pi^\pm$ 衰变模式中CP破坏的大小是多少？
• RQ3 在实验不确定度范围内，$D^\pm \to K^0_\mathrm{S} K^\pm$ 和 $D^\pm_s \to K^0_\mathrm{S} \pi^\pm$ 衰变中测量的CP不对称性是否偏离零？
• RQ4 四种衰变模式对CP破坏的联合灵敏度如何？不对称性之和是否表明存在非零信号？

主要发现

• 测量得到的 $D^\pm \to K^0_\mathrm{S} K^\pm$ 衰变的CP破坏不对称性为 $\mathcal{A}_{CP}^{D^\pm \to K^0_\mathrm{S} K^\pm} = (+0.03 \pm 0.17 \pm 0.14)\%$，与零一致。
• 测量得到的 $D^\pm_s \to K^0_\mathrm{S} \pi^\pm$ 衰变的CP破坏不对称性为 $\mathcal{A}_{CP}^{D^\pm_s \to K^0_\mathrm{S} \pi^\pm} = (+0.38 \pm 0.46 \pm 0.17)\%$，同样与零一致。
• 四种衰变模式的联合不对称性总和为 $\mathcal{A}_{CP}^{\text{sum}} = (+0.41 \pm 0.49 \pm 0.26)\%$，未显示出与零的显著偏离。
• 结果代表了迄今对这些CP不对称性的最精确测量，通过先进的重建和校准技术，显著降低了统计和系统误差。
• 在所有研究的衰变模式中均未观察到CP破坏的证据，支持标准模型预测中这些Cabibbo抑制衰变中CP破坏极小的结论。
• 达到的精度使得对超出标准模型的D-介子混合和CP破坏的新物理贡献设定了更严格的约束。