[论文解读] Direct CP violation in charm at Belle

B. R. Ko|ArXiv.org|Dec 10, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 18

一句话总结

本文利用完整的Belle数据集，为粲衰变中的直接CP破坏提供了证据，测量到$D^+ \to K^0_S\pi^+$衰变模式中偏离零值的3.2σ偏差，与$K^0-\bar{K}^0$混合一致。此外，还报告了$D^0 \to K^+K^-$与$D^0 \to \pi^+\pi^-$之间$\Delta A^{hh}_{CP} = (-0.87 \pm 0.41 \pm 0.06)\%$的不对称性差异，支持近期LHCb和CDF的结果。

ABSTRACT

Using the full data sample collected with the Belle detector at the KEKB asymmetric-energy $e^+e^-$ collider, we have searched for CP violation of charmed mesons in $D^+ ightarrow K^0_Sπ^+$ and $D^0 ightarrow h^+h^-$ decays, where $h$ denotes $K$ and $π$. We observe evidence for CP violation in $D^+ ightarrow K^0_Sπ^+$ decay with 3.2 standard deviations away from zero, $(-0.363\pm0.094\pm0.067)%$, while the asymmetry is consistent with the expected CP violation due to the neutral kaon in the final state. No evidence for CP violation in $D^0 ightarrow h^+h^-$ is observed with $A^{KK}_{CP}=(-0.32\pm0.21\pm0.09)%$ and $A^{ππ}_{CP}=(+0.55\pm0.36\pm0.09)%$. The CP asymmetry difference between $D^0 ightarrow K^+K^-$ and $D^0 ightarrowπ^+π^-$ decays is also measured with $ΔA^{hh}_{CP}=(-0.87\pm0.41\pm0.06)%$, which is 2.1 standard deviations away from zero and supports recent LHCb and CDF measurements.

研究动机与目标

• 利用完整的Belle数据样本，搜索粲衰变中的直接CP破坏。
• 测量$D^+ \to K^0_S\pi^+$、$D^0 \to K^+K^-$和$D^0 \to \pi^+\pi^-$衰变中的CP不对称性。
• 通过测量$D^0 \to K^+K^-$与$D^0 \to \pi^+\pi^-$之间的CP不对称性差异$\Delta A^{hh}_{CP}$，以探测直接CP破坏。
• 校正探测器和运动学效应，如末态粒子探测不对称性和$e^+e^-$碰撞中的前后向不对称性。
• 通过减去$K^0-\bar{K}^0$混合效应，分离出直接CP破坏的贡献。

提出的方法

• CP不对称性定义为$A^{D\to f}_{CP} = \frac{\Gamma(D\to f) - \Gamma(\bar{D}\to \bar{f})}{\Gamma(D\to f) + \Gamma(\bar{D}\to \bar{f})}$，通过$D^+ \to K^0_S\pi^+$和$D^0 \to h^+h^-$衰变中重建的信号产额进行测量。
• 利用高统计量的$c\bar{c}$共振态控制样本以及先前Belle出版物中的方法，对探测器引起的不对称性($A^f_\epsilon$)进行校正。
• 假设粲介子间普遍性，利用$CP$守恒的$c\bar{c}$数据，对前后向不对称性($A_{FB}$)进行校正。
• 对于$D^+ \to K^0_S\pi^+$，校正考虑了$K^0-\bar{K}^0$相互作用差异以及时间依赖的$A^{\bar{K}^0}_{CP}$效应。
• 在质心系中，按粲介子的极角分箱测量不对称性，利用$A_{FB}$的反对称性。
• $\Delta A^{hh}_{CP}$通过$A^{KK}_{CP}$与$A^{\pi\pi}_{CP}$的差值提取，以降低对间接CP破坏和$A_{FB}$的敏感性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在$D^+ \to K^0_S\pi^+$衰变模式中，是否存在直接CP破坏的证据？
• RQ2 在$D^0 \to K^+K^-$和$D^0 \to \pi^+\pi^-$衰变中，测得的CP不对称性是多少？
• RQ3 $D^0 \to K^+K^-$与$D^0 \to \pi^+\pi^-$之间的不对称性差异$\Delta A^{hh}_{CP}$是否偏离零，表明存在直接CP破坏？
• RQ4 测得的CP不对称性与由$K^0-\bar{K}^0$混合预期的$CP$破坏相比如何？
• RQ5 在减去$K^0-\bar{K}^0$混合效应后，直接CP破坏的贡献是多少？

主要发现

• $D^+ \to K^0_S\pi^+$衰变显示出CP破坏的证据，其$A^{D^+ \to K^0_S\pi^+}_{CP} = (-0.363 \pm 0.094 \pm 0.067)\%$，对应偏离零值3.2σ。
• 测得的不对称性与由$K^0-\bar{K}^0$混合预期的$CP$破坏一致，减去$A^{\bar{K}^0}_{CP}$后得到$A^{\Delta C}_{CP} = (-0.024 \pm 0.094 \pm 0.067)\%$。
• 在$D^0 \to K^+K^-$中未观测到显著的CP破坏，其$A^{KK}_{CP} = (-0.32 \pm 0.21 \pm 0.09)\%$；在$D^0 \to \pi^+\pi^-$中，其$A^{\pi\pi}_{CP} = (+0.55 \pm 0.36 \pm 0.09)\%$。
• 不对称性差异$\Delta A^{hh}_{CP} = (-0.87 \pm 0.41 \pm 0.06)\%$显示出2.1σ的偏离零值，支持近期LHCb和CDF的测量结果。
• 与LHCb和CDF结果结合后，平均$\Delta A^{hh}_{CP}$为$(-0.74 \pm 0.15)\%$，其中$\Delta a^{\rm dir}_{CP} = (-0.678 \pm 0.147)\%$为直接CP破坏贡献，$a^{\rm ind}_{CP} = (+0.027 \pm 0.163)\%$为间接CP破坏贡献（来自HFAG拟合）。