[论文解读] Measurement of $CP$ asymmetry in the $D^{0} o K^0_S K^0_S$ decay at Belle

A. Abdesselam, I. Adachi+450 more|arXiv (Cornell University)|Sep 21, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 14

一句话总结

本文利用Belle实验采集的921 fb$^{-1}$数据，对$D^0 \to K^0_S K^0_S$衰变过程的时间积分CP不对称性进行了测量。结果为$A_{CP} = (-0.02 \pm 1.53 \pm 0.17)">%，与标准模型一致，且相比以往测量有显著改进，主要系统误差来源于归一化道道$D^0 \to K^0_S \pi^0$。

ABSTRACT

We report a measurement of the time-integrated $CP$ asymmetry in the neutral charm meson decay $D^0 o K^0_S K^0_S$ using 921~fb$^{-1}$ data collected at the $Υ(4S)$ and $Υ(5S)$ resonances with the Belle detector at the KEKB asymmetric-energy $e^+e^-$ collider. The observed asymmetry is $$ A_{CP}(D^0 o K^0_S K^0_S) = (-0.02 \pm 1.53 \pm 0.17) \%, $$ where the first uncertainty is statistical and the second systematic. This latter uncertainty is dominated by the error of the normalisation channel. The result is consistent with Standard Model expectations and improves the uncertainty with respect to previous measurement of this quantity by more than a factor of three.

研究动机与目标

• 通过提高精度，测量$D^0 \to K^0_S K^0_S$衰变道的时间积分CP破坏不对称性。
• 减少系统误差，特别是来自归一化道$D^0 \to K^0_S \pi^0$的误差。
• 检验测量得到的$A_{CP}$与标准模型预测的一致性，并探测标准模型之外的新物理。
• 通过相比CLEO和LHCb以往测量降低实验不确定性，提高对新物理的探测灵敏度。

提出的方法

• 分析使用了Belle实验在KEK $B$-工厂采集的921 fb$^{-1}$数据样本。
• 通过动量约束和顶点拟合，重建信号事例以识别$D^0 \to K^0_S K^0_S$衰变。
• 通过无箱最大似然拟合方法，对$D^0$和$D^{*\pm}$质量分布进行拟合，以测量CP不对称性，背景贡献通过边带区域和蒙特卡罗模拟进行建模。
• 通过改变信号形状参数、峰态背景事例数、$K^0/\bar{K}^0$材料相互作用效应以及归一化道$K^0_S \pi^0$的$A_{CP}$，评估系统误差。
• 通过平方和相加法合并各项系统误差贡献，得到总系统误差，其中归一化道的$A_{CP}$误差为主要来源。
• 最终$A_{CP}$报告为$(-0.02 \pm 1.53 \pm 0.17)\

实验结果

研究问题

• RQ1 在$D^0 \to K^0_S K^0_S$衰变道中，时间积分$CP$不对称性的精确值是多少？
• RQ2 测量得到的$A_{CP}$与标准模型预测及以往实验结果相比如何？
• RQ3 本测量中系统误差的主要来源是什么，特别是归一化道中的误差？
• RQ4 该测量能否探测标准模型之外的新物理感兴趣区域？
• RQ5 与CLEO和LHCb以往结果相比，本测量的精度提高了多少？

主要发现

• 在$D^0 \to K^0_S K^0_S$衰变中测得的时间积分$CP$不对称性为$A_{CP} = (-0.02 \pm 1.53 \pm 0.17)\%