[论文解读] CP violation induced by the interference of scalar and vector resonances in three-body decays of bottom mesons

Zhen-Hua Zhang, Xin‐Heng Guo+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 23, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

该论文提出了一种通过标量（f₀(500)）与矢量（ρ⁰(770)）共振态之间的干涉，在底介子三体衰变中产生大范围局部CP破坏的机制。该模型解释了LHCb在B±→K±π+π−衰变中观测到的CP不对称性超过30%的现象，当m(π+π−)≈f₀(500)时，该不对称性取决于相对强相δ̃，该相位必须位于200°至249°之间才能与实验数据相符。

ABSTRACT

Large CP violation is an interesting phenomenon both theoretically and experimentally. Last year, LHCb Collaboration found in some three-body decays of bottom mesons that large CP violations appear in regions of the Dalitz plots that are not dominated by contributions from narrow resonances. In this paper, we present a mechanism which can induce such kind of large CP violations. In this mechanism, large localized CP asymmetries in phase space can be induced by the interference of two intermediate resonances with different spins. We also apply this mechanism to the decay channel $B^\pm o K^\pm π^+π^-$.

研究动机与目标

• 解释LHCb在B±→K±π+π−衰变中观测到的大范围局部CP不对称性，特别是在未被窄共振态主导的区域。
• 研究标量与矢量共振态之间的干涉是否能在三体B介子衰变中产生显著的CP破坏。
• 确定为重现K±π±系统中实验CP不对称性数据，所需干涉振幅之间的相对强相。
• 通过减少自由参数数量，简化此类衰变的理论描述，相较于以往模型。

提出的方法

• 在末态粒子的不变质量平方上使用勒让德多项式的一般振幅展开，系数取决于中间共振态的自旋。
• 将衰变振幅建模为两种自旋不同（J=0与J=1）的共振态贡献之和，由此产生可诱导CP破坏的干涉项。
• 将该形式应用于B±→K±π+π−，聚焦于m(π+π−)≈f₀(500)的区域，将ρ⁰(770)与f₀(500)视为主要中间态。
• 使用形式因子和单一自由参数——相对强相δ̃——对振幅进行参数化，以最小化模型复杂度。
• 将理论微分CP不对称性作为g(sK±π∓)的函数与LHCb数据进行比较，形式因子采用单极近似。
• 在零反冲点固定形式因子（F₁(B→K)(0)=0.35，A₀(B→ρ)(0)=0.28，F₀(B→f₀)(0)=0.3），并假设级数质量约为5–6 GeV。

实验结果

研究问题

• RQ1 标量与矢量共振态之间的干涉是否能解释LHCb在B±→K±π+π−中观测到的大范围局部CP不对称性？
• RQ2 为重现实验CP不对称性数据，f₀(500)与ρ⁰(770)振幅之间所需的相对强相δ̃的范围是什么？
• RQ3 当m(π+π−)接近f₀(500)时，CP不对称性如何随K±π∓系统不变质量的变化而变化？
• RQ4 为何CP不对称性仅在双川图的特定区域显著，而在其他区域不明显，尽管缺乏主导的窄共振态？
• RQ5 仅含一个自由参数（δ̃）的简化模型是否能成功描述该衰变中观测到的CP不对称性模式？

主要发现

• f₀(500)与ρ⁰(770)共振态之间的干涉可在B±→K±π+π−的双川图中产生大范围局部CP不对称性，即使在缺乏主导窄共振态的情况下亦可实现。
• 当g(sK±π∓) > 0.5时，微分CP不对称性变得显著（超过30%），对应K±π∓系统较低的不变质量。
• 当g(sK±π∓) < 0时，CP不对称性较小，对应K±π∓系统较高的不变质量，与LHCb在该区域观测到接近零的不对称性一致。
• 为重现实验数据，相对强相δ̃必须位于200°至249°之间，δ̃=220°可良好拟合不对称性模式。
• 该模型将自由参数数量减少至一个（δ̃），显著简化了以往类似衰变的理论模型。
• 理论预测的CP不对称性随g(sK±π∓)的变化呈现出从微小到显著的清晰转变，与LHCb数据一致。