[论文解读] Nonleptonic Charm Decays and CP Violation

Bhubanjyoti Bhattacharya, Michael Gronau+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 26, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 20被引用 4

一句话总结

本文提出一种具有 SU(3) 强子对称性破缺效应的风味- SU(3) 对称性框架，用于解释近期 LHCb 和 CDF 在单 Cabibbo 抑制的 $D^0$ 衰变中观测到的直接 CP 破坏现象。该框架引入一个现象学模型，其中 CP 破坏的 penguin 振幅被增强，以解释测得的约 0.7% 的 CP 不对称性差异。该模型预测 $D^0\to\pi^0\pi^0$ 和 $D^+\to K^+\overline{K}^0$ 最终态中存在非零的 CP 不对称性，且在强相位 $\delta$ 的大范围内具有相反符号。该模型还表明，除非引入新动力学或 $PA_b$ 贡献，否则在 $D^0\to K^0\overline{K}^0$ 和 $D^+\to\pi^+\pi^0$ 中 $A_{CP}=0$。

ABSTRACT

In this talk we briefly present a flavor-SU(3) technique to study branching ratios and direct CP asymmetries $D$-meson decays. The first part of the talk is meant to set up a foundation, based on previous work, to deal with flavor-SU(3) amplitudes and relative strong phases. In addition, we present a model for dealing with SU(3)-breaking in branching ratio measurements of SCS $D^0$ decays. In the second part of the talk we make use of a proposal for an enhanced CP-violating penguin in the SM, to explain the recent LHCb and CDF observations of CP violation in SCS $D^0$ decays. Furthermore, we use our model to predict CP violation in $π^0π^0$ and $K^+\bar{K}^0$ final states. Large experimental bounds on individual CP asymmetries give rise to a large allowed range of $δ$, the strong phase of the CP-violating penguin. We also briefly discuss future prospects.

研究动机与目标

• 解释 $D^0$ 衰变至 $\pi^+\pi^-$ 和 $K^+K^-$ 最终态中观测到的直接 CP 破坏现象，这些现象偏离标准模型的预期。
• 构建一个风味- SU(3) 框架，以解释单 Cabibbo 抑制的 $D$ 衰变中的 SU(3) 破坏效应。
• 基于增强的 penguin 模型，预测 $D^0\to\pi^0\pi^0$ 和 $D^+\to K^+\overline{K}^0$ 最终态中的 CP 不对称性。
• 评估标准模型中 penguin 振幅的非微扰增强是否可作为新物理解释的替代方案。
• 识别关键衰变道，未来测量可用来检验该模型并约束 CP 破坏 penguin 的强相位 $\delta$。

提出的方法

• 使用风味- SU(3) 图解法描述 $D$ 衰变振幅，包括树图、penguin 图和湮灭图拓扑结构。
• 在 $T$ 和 $A$ 振幅中引入可分解的 SU(3) 破坏效应，以解释 SCS $D^0$ 分支比中的偏差。
• 提出一种模型，其中 SU(3) 破坏源于 penguin 图中 GIM 抵消的缺失，从而导致 CP 破坏的 penguin 振幅增强。
• 将该框架应用于预测 $D^0\to\pi^0\pi^0$ 和 $D^+\to K^+\overline{K}^0$ 中的直接 CP 不对称性，表明二者在 $\delta$ 的大范围内具有相关性且符号相反。
• 考虑 $PA_b$（penguin 湮灭）的作用，以在原本为零的 $D^0\to K^0\overline{K}^0$ 中生成非零的 $A_{CP}$。
• 利用对单个 CP 不对称性的实验限制，约束 CP 破坏 penguin 振幅的强相位 $\delta$ 的允许范围。

实验结果

研究问题

• RQ1 风味- SU(3) 对称性结合 SU(3) 破坏效应能否解释 $D^0$ 衰变至 $\pi^+\pi^-$ 和 $K^+K^-$ 最终态的测量分支比？
• RQ2 在标准模型框架内，$D^0\to\pi^+\pi^-$ 和 $D^0\to K^+K^-$ 衰变中观测到的直接 CP 破坏是否与增强的 CP 破坏 penguin 振幅一致？
• RQ3 在所提出的模型下，$D^0\to\pi^0\pi^0$ 和 $D^+\to K^+\overline{K}^0$ 最终态中的预测 CP 不对称性是多少？
• RQ4 为何在模型中 $A_{CP}=0$ 于 $D^0\to K^0\overline{K}^0$ 和 $D^+\to\pi^+\pi^0$，而何种新动力学可产生非零不对称性？
• RQ5 在当前对单个 CP 不对称性的实验限制下，CP 破坏 penguin 振幅的强相位 $\delta$ 受到多大程度的约束？

主要发现

• 风味- SU(3) 框架能很好地描述 Cabibbo 受 favor 的 $D$ 衰变，参数拟合中卡方最小值较低。
• 测量的 SCS $D^0\to\pi^+\pi^-$ 和 $D^0\to K^+K^-$ 衰变分支比与 SU(3) 预测显著偏离，且仅靠树振幅中的可分解 SU(3) 破坏无法解释该偏差。
• 作者提出一种模型，其中 SU(3) 破坏源于 penguin 图中 GIM 抵消的缺失，从而导致 CP 破坏的 penguin 振幅增强。
• 该模型成功在标准模型框架内解释了 $D^0\to\pi^+\pi^-$ 和 $D^0\to K^+K^-$ 衰变中观测到的约 0.7% 的直接 CP 不对称性差异。
• 该模型预测，在强相位 $\delta$ 的大范围内，$D^0\to\pi^0\pi^0$ 的 $A_{CP}$ 为正，而 $D^+\to K^+\overline{K}^0$ 的 $A_{CP}$ 为负，表明二者具有相关性。
• 由于对单个 CP 不对称性的实验限制范围较大，CP 破坏 penguin 振幅的强相位 $\delta$ 仍约束不足，凸显了未来更精确测量的必要性。