[论文解读] Study of the $K^+ K^-$ invariant-mass dependence of CP asymmetry in $B^+ ightarrow K^+ K^- K^+$ decays

The BABAR Collaboration, J. P. Lees+1 more|arXiv (Cornell University)|May 18, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 5

一句话总结

本研究利用 B A B AR 和 LHCb 的数据，调查了 $B^+ \to K^+K^-K^+$衰变中 CP 不对称性随 $K^+K^-$不变质量的依赖关系。结果发现，在整个 Dalitz 图中，两实验的 CP 不对称性测量值之间存在一致的 $0.045 \pm 0.021$ 全局偏移，表明该现象更可能是系统性偏差所致，而非局部相空间效应。

ABSTRACT

As a followup to the latest BABAR amplitude analysis of the decay $B^+ ightarrow K^+ K^- K^+$, we investigate the $K^+ K^-$ invariant-mass dependence of the CP asymmetry and compare it to that obtained by the LHCb collaboration. The results are based on a data sample of approximately $470 imes 10^6 B\bar{B}$ decays, collected with the BABAR detector at the PEP-II asymmetric-energy $B$ factory at the SLAC National Accelerator Laboratory.

研究动机与目标

• 利用 B A B AR 和 LHCb 的高精度数据，研究 $B^+ \to K^+K^-K^+$ 衰变中 CP 不对称性随 $m_{K^+K^-}^2$ 的依赖关系。
• 解决 B A B AR 与 LHCb 在 CP 不对称性测量上的差异，特别是在 $m_{K^+K^-}^2 \approx 1.6\,\text{GeV}^2/c^4$ 附近。
• 确定观测到的 CP 不对称性差异是源于统计涨落、系统效应，还是新物理的体现。
• 评估 CP 不对称性模式在整个相空间的一致性，并评估共振 $K^+K^-$ 态中直接 CP 破坏的显著性。

提出的方法

• 利用 B A B AR 实验发表的 $B^+ \to K^+K^-K^+$ 衰变 Dalitz 图分析（Lees 等，2012），提取作为 $m_{K^+K^-}^2$ 函数的 $A_{CP}$。
• 将 B A B AR 的 $A_{CP}$ 测量值与相同 $m_{K^+K^-}^2$ 分箱内的原始 LHCb $A_{CP}^{RAW}$ 数据进行比较，以评估一致性。
• 通过基于统计误差的权重平均法，计算两实验之间 $A_{CP}$ 的全局偏移。
• 使用 $\chi^2$ 检验评估 B A B AR 与 LHCb 在 16 个分箱内 $A_{CP}$ 分布的统计相容性。
• 考虑 B A B AR 数据中的系统不确定性，估计为 $\sim 0.01$，并评估其对不对称性比较的影响。
• 分析低质量和高 $K^+K^-$ 质量区域（$m_{K^+K^-,{\rm low}}$ 和 $m_{K^+K^-,{\rm high}}$），以检验偏移是否具有均匀性。

实验结果

研究问题

• RQ1 观测到的 $B^+ \to K^+K^-K^+$ 衰变中 CP 不对称性是否依赖于 $K^+K^-$ 不变质量？若依赖，其在 Dalitz 图中的变化规律如何？
• RQ2 为何 B A B AR 与 LHCb 在相同相空间区域（特别是 $m_{K^+K^-}^2 \approx 1.6\,\text{GeV}^2/c^4$ 附近）报告不同的 CP 不对称性值？
• RQ3 B A B AR 与 LHCb 之间 CP 不对称性测量的差异是源于统计涨落、系统效应，还是真实的超出标准模型的新物理？
• RQ4 两实验之间观测到的 $A_{CP}$ 偏移是否随 Dalitz 图变化，还是基本保持恒定？
• RQ5 B A B AR 与 LHCb 之间整体 $A_{CP}$ 值的差异是否可用统一偏移来解释？这对直接 CP 破坏的解释意味着什么？

主要发现

• B A B AR 与 LHCb 的 $A_{CP}$ 分布在 Dalitz 图中形状良好一致，16 个分箱的 $\chi^2$ 为 16.1。
• 在低质量 $K^+K^-$ 区域（$m_{K^+K^-,{\rm low}}$）中，B A B AR 与 LHCb 的 $A_{CP}$ 测量值之间观察到一致的全局偏移 $0.045 \pm 0.021$。
• 在高质量 $K^+K^-$ 区域（$m_{K^+K^-,{\rm high}}$）中也发现类似的偏移 $0.053 \pm 0.021$，表明该偏移在整个相空间中具有均匀性。
• 该偏移在 2 个标准差范围内与零一致，且不随 $m_{K^+K^-}^2$ 显著变化，提示其可能源于共同的系统效应。
• 观测到的偏移解释了 B A B AR 与 LHCb 在 $B^+ \to \phi(1020)K^+$ 中直接 CP 破坏结论的差异，以及在 $m_{K^+K^-}^2 \approx 1.6\,\text{GeV}^2/c^4$ 附近不对称性符号和大小的分歧。
• 结果表明，该差异并非源于局部相空间效应，而可能反映了两实验间尚未解决的系统性差异。