[论文解读] Tests of CPT symmetry in B0-B0bar mixing and in B0 to c cbar K0 decays

Klaus R. Schubert|arXiv (Cornell University)|Jul 20, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 6

一句话总结

本论文利用来自BABAR实验的470×10⁶个B̄B事件，对B⁰-B̄⁰混合和B⁰→cc̄K⁰衰变中的CPT对称性进行了高精度检验。通过分析纠缠B⁰-B̄⁰对的时间依赖衰变率，测量了CPT破坏参数Re(z)和Im(z)，结果与CPT不变性一致，并对洛伦兹对称性破坏设定了限制。

ABSTRACT

Using the time dependences for the decays Y(4S) to B0B0bar to (ell^+- X)(c cbar K_S,L), we determine the three CPT-sensitive parameters Re (z) and Im (z) in B0-B0bar mixing and |Abar/A| in B0 to c cbar K0 decays. We find Im(z) = 0.010 +- 0.030 +- 0013, Re(z) = -0:065 +- 0.028 +- 0.014, and |Abar/A| = 0.999 +- 0.023 +- 0.017, in agreement with CPT symmetry. The Re(z) result provides a limit on one component of Lorentz-symmetry violation.

研究动机与目标

• 通过测量参数z（其为B⁰-B̄⁰混合振幅中潜在CPT破坏的参数化），检验B⁰-B̄⁰混合中的CPT对称性。
• 通过测量B⁰和B̄⁰衰变振幅A与A̅的比值|A̅/A|，探测B⁰→cc̄K⁰衰变中的CPT破坏。
• 利用纠缠B⁰-B̄⁰对的时间依赖衰变率，通过z的实部对洛伦兹对称性破坏施加约束。
• 通过结合混合和衰变时间依赖振幅的测量，提高B⁰系统中CPT检验的精度。

提出的方法

• 利用Υ(4S) → B⁰B̄⁰衰变中产生的纠缠B⁰-B̄⁰对的时间依赖衰变率，其中一个介子衰变为ℓ±X（风味特定标记），另一个衰变为cc̄K⁰（CP本征态标记）。
• 对从8对衰变道中提取的16个时间依赖系数（C₁–C₈，S₁–S₈）进行χ²拟合，以确定参数Im(λ)、|λ|、Re(z)和Im(z)。
• 采用有效哈密顿量的理论框架描述B⁰-B̄⁰混合与衰变，其中参数z定义为(m₁₁−m₂₂)−i(Γ₁₁−Γ₂₂)/2除以(Δm−iΔΓ/2)，编码CPT破坏效应。
• 利用关系式β^μΔa_μ = Re(z)×Δm，将测得的Re(z)与标准模型拓展（SME）中的系数关联，从而对洛伦兹破坏施加约束。
• 对B⁰→cc̄K_S和B⁰→cc̄K_L衰变中的时间依赖振幅进行联合拟合，包含|q/p|、λ = qA̅/(pA)以及小参数Re(z)、Im(z)的影响。
• 通过专用控制样本和基于模拟的修正来考虑系统误差，结果以统计误差和系统误差形式报告。

实验结果

研究问题

• RQ1 CPT破坏参数z的实部是否与零一致，表明B⁰-B̄⁰混合中无洛伦兹对称性破坏？
• RQ2 z的虚部是否与零一致，表明B⁰-B̄⁰混合中无CPT破坏？
• RQ3 B⁰→cc̄K⁰衰变中衰变振幅比值|A̅/A|是否与1一致，如CPT对称性所要求？
• RQ4 纠缠B⁰-B̄⁰对测得的时间依赖衰变率能否约束与洛伦兹破坏相关的标准模型拓展（SME）系数？

主要发现

• 测得的Im(z) = 0.010 ± 0.030（统计）± 0.013（系统）与零一致，支持B⁰-B̄⁰混合中的CPT对称性。
• 测得的Re(z) = -0.065 ± 0.028（统计）± 0.014（系统）对洛伦兹对称性破坏设定了约束，对应Δa₀ - 0.30Δa_z = (-1.9 ± 0.8 ± 0.4)×10⁻¹⁴ GeV。
• |A̅/A| = 0.999 ± 0.023 ± 0.017与1一致，为B⁰→cc̄K⁰衰变中的CPT对称性提供了有力证据。
• 在假设ΔΓ = 0下结果稳健，且与Re(λ)的符号无关，最终Re(z)和Im(z)的值不受此不确定性影响。
• 本分析使用了最终470×10⁶个B̄B事件的数据样本，显著提升了此前BABAR和Belle实验在精度方面的结果。
• 测得的Re(z)和Im(z)与|q/p|的世界平均值一致，联合拟合证实了相关参数中CPT不变性水平达到1%精度。