[论文解读] Conclusions of the MITP Workshop on T Violation and CPT Tests in Neutral-Meson Systems

K. R. Schubert, L. Li Gioi+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 27, 2014

Nuclear Materials and Properties被引用 3

一句话总结

本文总结了MITP研讨会关于中性介子系统中T对称性破坏与CPT测试的关键结论，重点讨论了通过B⁰→J/ψK_S衰变中的时间依赖衰变率，实现B⁰–B̄⁰跃迁中T对称性破坏的证据。结果显示，sin(Δmt)项中Imλ ≠ 0证实了T对称性破坏；在φ工厂中通过衰变率比值对K⁰–K̄⁰系统进行的CPT测试可独立于CP破坏探测CPT破坏，KLOE-2实验预计在0–300τ_S区域内实现高统计显著性。

ABSTRACT

The conclusions summarize the main, but not all, aspects of a two-days workshop held at MITP Mainz. The four covered aspects are T violation in decays of neutral B mesons, T and CPT studies in B0B0bar transitions with Belle, future measurements of T violation in B and D decays, and direct tests of T and CPT symmetries in the entangled neutral Kaon system at a ?Phi factory.

研究动机与目标

• 阐明B⁰–B̄⁰系统中T对称性破坏（基本时间反演对称性破缺）与运动反演破坏（时间反演过程中跃迁率不对称）之间的区别。
• 评估在φ工厂中时间有序衰变率比值对中性K介子中T破坏与CPT破坏的敏感度，特别关注KLOE-2实验的背景。
• 评估K⁰–K̄⁰系统中CPT测试对CP破坏和隐形衰变模式不确定性的鲁棒性。
• 证明在K⁰–K̄⁰系统中，CPT破坏可独立于CP破坏进行探测，特别是在Δt > 0区域，当ΔΓ → 0时T破坏效应消失。

提出的方法

• 使用时间有序衰变率比值R₂^exp(Δt)和R₄^exp(Δt)测试K⁰–K̄⁰系统中的T破坏，定义为K⁰(0)→K₊(Δt)与K₊(0)→K̄⁰(Δt)衰变概率的比值。
• 定义CPT破坏的比值R₂,CPT^exp(Δt)和R₄,CPT^exp(Δt)，其中偏离1的偏差表示CPT破坏，归一化常数D_CPT与半轻衰变中的CPT破坏无关。
• 应用Bell-Steinberger幺正性方法通过重叠⟨K_L|K_S⟩测试CPT对称性，2012年时灵敏度达到|m(K̄⁰)−m(K⁰)| < 4×10⁻¹⁹ GeV（95%置信水平）。
• 分析T破坏与CPT破坏对ΔΓ（宽度差）的依赖性，表明当ΔΓ→0时T破坏消失，而CPT破坏仍可探测。
• 利用DAΦNE上的KLOE-2实验，以约10 fb⁻¹的亮度测量Δt ∈ [0, 300τ_S]区域内的这些比值，该区域比值为常数且对Reε敏感。

实验结果

研究问题

• RQ1 K⁰–K̄⁰系统中的时间有序衰变率比值能否独立于CP破坏直接测试T对称性破坏？
• RQ2 隐形衰变模式的存在如何影响K⁰–K̄⁰系统中CPT对称性的幺正性测试？
• RQ3 为何在Δt > 0区域，K⁰–K̄⁰系统中的CPT测试比T测试更具鲁棒性，特别是在ΔΓ → 0极限下？
• RQ4 在不假设半轻衰变中CPT不变性的情况下，归一化常数D_CPT能在多大程度上被确定？

主要发现

• BABAR实验于2012年确认B⁰→J/ψK_S衰变中Imλ ≠ 0，通过时间依赖衰变率中的sin(Δmt)项提供了T对称性破坏的直接证据。
• KLOE-2实验在DAΦNE上预计将在0–300τ_S区域内通过测量R₂^exp(Δt)和R₄^exp(Δt)实现对T破坏的统计显著性测试，该区域比值为常数且与Reε成正比。
• CPT破坏可通过R₂,CPT^exp(Δt)和R₄,CPT^exp(Δt)探测，偏离1的偏差表示CPT破坏，且归一化常数D_CPT与半轻衰变中的CPT破坏无关。
• 与T破坏不同，CPT破坏在ΔΓ → 0极限下仍可探测，因其依赖于Reδ，即使在ΔΓ → 0时该量也不消失。
• 在0–300τ_S区域内，直接CP破坏对正交性条件的影响可忽略，使CPT测试具有高度鲁棒性和显著性。
• 截至2012年，K⁰–K̄⁰系统中CPT对称性的幺正性测试灵敏度已达|m(K̄⁰)−m(K⁰)| < 4×10⁻¹⁹ GeV（95%置信水平），但隐形衰变的作用仍是未解之谜。