[论文解读] CP Violation in charm decays at CDF

A. Di Canto|arXiv (Cornell University)|Aug 13, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 3

一句话总结

本论文利用完整的CDF Run II数据集，对粲夸克衰变中的CP破坏实现了世界最精确的测量。通过利用D*± → D⁰π±衰变对D⁰味态进行标记，并分析D⁰ → K₀Sπ⁺π⁻和D⁰ → h⁺h⁻（h = π, K）末态的时间积分不对称性，CDF观测到CP不对称性差异存在2.7σ的偏离零值，与LHCb的结果一致，表明粲夸克体系中存在显著的CP破坏。

ABSTRACT

Exploiting the full Run II data sample collected by the CDF trigger on displaced vertices, we present a search for CP violation in neutral D mesons decays to hadronic final states. We use the strong D^{*+} o D^{0}π^{+} (and c.c.) decay to identify the flavor of the charmed meson at production time and exploit CP-conserving strong c\bar{c} pair-production in p\bar{p} collisions. The results are the world's most precise measurements to date and confirm the presence of sizable CP-violating effects in the charm sector as recently observed by the LHCb Collaboration

研究动机与目标

• 利用完整的9.7 fb⁻¹ CDF Run II数据集，搜索中性D⁰衰变中的CP破坏。
• 通过Dalitz图分析和差分不对称性技术，提高对D⁰ → K₀Sπ⁺π⁻和D⁰ → h⁺h⁻衰变中时间积分CP不对称性的测量精度。
• 检验粲夸克衰变中CP破坏与LHCb近期观测结果的一致性，并评估其对标准模型偏离的显著性。
• 通过测量D⁰ → K⁺K⁻与D⁰ → π⁺π⁻衰变中不对称性的差异，抑制探测器引起的效率不对称性。
• 提取D⁰ → π⁺π⁻和D⁰ → K⁺K⁻衰变中CP不对称性的世界最精确测量，优于以往的CDF结果。

提出的方法

• 利用D*⁺ → D⁰π⁺衰变中π⁺的电荷对产生时的D⁰味态进行标记，利用质子-反质子碰撞中CP守恒的c¯c夸克对产生机制。
• 使用相位空间模型对D⁰ → K₀Sπ⁺π⁻衰变进行完整的Dalitz拟合，提取中间共振态的拟合分数不对称性。
• 采用D⁰与D̄⁰ Dalitz图的模型无关的逐箱比较方法，交叉验证结果并减少系统性偏差。
• 测量CP不对称性的差异ΔACP = ACP(D⁰ → K⁺K⁻) − ACP(D⁰ → π⁺π⁻)，以消除探测器引起的效率不对称性。
• 利用K⁺K⁻与π⁺π⁻末态之间平均衰变时间差，提取混合中的间接CP破坏（ACPind）。
• 将结果与以往的CDF测量以及LHCb数据相结合，以更高精度提取ΔACPdir与ACPind。

实验结果

研究问题

• RQ1 在D⁰ → K₀Sπ⁺π⁻衰变模式中，特别是其共振子成分中，是否存在CP破坏的证据？
• RQ2 D⁰ → K⁺K⁻与D⁰ → π⁺π⁻衰变中CP不对称性差异是否显著偏离零，提示新物理？
• RQ3 D⁰ → π⁺π⁻与D⁰ → K⁺K⁻衰变中时间积分CP不对称性的最精确测量结果是什么？
• RQ4 CDF结果与LHCb在单Cabibbo抑制D⁰衰变中观测到的CP破坏结果如何比较？
• RQ5 测量的CP不对称性能否用于约束D⁰混合中的间接CP破坏参数ACPind？

主要发现

• 测得D⁰ → K₀Sπ⁺π⁻的时间积分CP不对称性为(−0.05 ± 0.57 stat ± 0.54 syst)%，与零一致，且与标准模型一致。
• D⁰ → K⁺K⁻与D⁰ → π⁺π⁻衰变中CP不对称性差异为ΔACP = (−0.62 ± 0.21 stat ± 0.10 syst)%，偏离零值达2.7σ。
• 联合分析得到ΔACPdir = (−0.67 ± 0.16)%，偏离零值约3.8σ，表明粲夸克衰变中存在强有力的CP破坏证据。
• 混合中的间接CP破坏参数测量为ACPind = (−0.02 ± 0.22)%，与零一致，但精度得到提升。
• 单个CP不对称性测量结果为ACP(D⁰ → π⁺π⁻) = (+0.31 ± 0.22)% 和 ACP(D⁰ → K⁺K⁻) = (−0.32 ± 0.21)%，为目前世界最精确的测量结果。
• 这些结果与LHCb在粲夸克衰变中观测到的CP破坏一致，支持粲夸克体系中存在显著的CP破坏效应。