[论文解读] Searching for new physics with Bs0→K(⁎)0K¯(⁎)0 — A reappraisal

Bhubanjyoti Bhattacharya, Alakabha Datta+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 31, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 20被引用 7

一句话总结

本文重新评估了Ciuchini、Pierini和Silvestrini提出的方法在从B_s^0 → K^(⁎)0 K̄^(⁎)0衰变中提取有效CP破坏相位2β_s^eff时的理论不确定性。研究发现，只有当B_d^0 → K^(⁎)0 K̄^(⁎)0衰变中的直接和间接CP不对称性满足C_d² + S_d² ≲ 0.4–0.5时，2β_s^eff的理论误差才较小（2–3°）；否则，误差可能高达14.9°，这凸显了实验测定SU(3)对称性的自发破缺效应的必要性。

ABSTRACT

Abstract The effective phase 2 β s eff can be extracted from the indirect CP-violating asymmetry in B s 0 → K ( ⁎ ) 0 K ¯ ( ⁎ ) 0 . In the standard model, 2 β s eff is expected to vanish, and so its measurement can potentially reveal the presence of new physics. However, there is a theoretical error if the second amplitude, V u b ⁎ V u s P u c ′ , is non-negligible. Ciuchini, Pierini and Silvestrini (CPS) have suggested measuring P u c in B d 0 → K ( ⁎ ) 0 K ¯ ( ⁎ ) 0 , and relating it to P u c ′ using SU(3). For their choice of C d and S d , the direct and indirect CP asymmetries in B d 0 → K ( ⁎ ) 0 K ¯ ( ⁎ ) 0 , they find that the error on 2 β s eff is very small, even allowing for 100% SU(3) breaking. In this Letter, we re-examine the CPS method, allowing for a large range of the B d , s 0 → K ( ⁎ ) 0 K ¯ ( ⁎ ) 0 observables. We find that, if C d 2 + S d 2 is measured to be ≲ 0.4 – 0.5 , the theoretical error on 2 β s eff is indeed small, 2–3°. However, for other values of these observables, this error can be quite large, up to 14.9°. This problem can be ameliorated if the values of SU(3) breaking were known, and we discuss different experimental ways of determining this quantity.

研究动机与目标

• 使用CPS方法重新评估从B_s^0 → K^(⁎)0 K̄^(⁎)0衰变中提取有效CP破坏相位2β_s^eff时的理论不确定性。
• 评估2β_s^eff的不确定性对B_d^0 → K^(⁎)0 K̄^(⁎)0衰变中直接和间接CP不对称性（C_d和S_d）变化的敏感性。
• 确定2β_s^eff的理论误差保持较小（2–3°）与变得较大（最高达14.9°）的条件。
• 探讨对SU(3)对称性破缺效应的了解如何降低2β_s^eff的理论不确定性。
• 识别可帮助约束B_d^0 → K^(⁎)0 K̄^(⁎)0体系中SU(3)对称性破缺的实验可观测量。

提出的方法

• 使用B_d^0 → K^(⁎)0 K̄^(⁎)0衰变中直接和间接CP不对称性（C_d和S_d）的更广泛可能取值范围，重新分析CPS方法。
• 应用SU(3)味对称性，将B_s^0衰变中的penguin振幅P_u'与B_d^0衰变中的对应振幅P_u相关联。
• 在SU(3)对称性破缺效应未完全已知的假设下，量化2β_s^eff的理论不确定性随C_d² + S_d²的变化。
• 评估不确定性对不同大小的SU(3)对称性破缺的敏感性，包括高达100%的破缺情况。
• 提出通过实验测量C_d和S_d来约束SU(3)对称性破缺并降低理论误差。
• 将C_d² + S_d²的测量值作为关键输入，用以判断2β_s^eff的理论误差是否保持可接受的低水平。

实验结果

研究问题

• RQ1 2β_s^eff的理论不确定性如何依赖于B_d^0 → K^(⁎)0 K̄^(⁎)0衰变中C_d和S_d的取值？
• RQ2 在何种条件下CPS方法能对2β_s^eff产生较小的理论误差（2–3°）？
• RQ3 若C_d² + S_d²超过0.4–0.5的阈值，2β_s^eff的最大理论不确定性是多少？
• RQ4 对B_d^0 → K^(⁎)0 K̄^(⁎)0可观测量的实验测量如何有助于降低2β_s^eff的理论不确定性？
• RQ5 SU(3)对称性破缺效应在多大程度上限制了2β_s^eff提取的精度，以及如何加以约束？

主要发现

• 2β_s^eff的理论不确定性只有在C_d² + S_d² ≲ 0.4–0.5时才较小（2–3°），这对应于B_d^0 → K^(⁎)0 K̄^(⁎)0衰变中直接和间接CP不对称性的特定范围。
• 当C_d² + S_d²超过该阈值时，2β_s^eff的理论误差可能显著增加，最高可达14.9°。
• 理论不确定性的大小对B_d^0体系中CP不对称性参数C_d和S_d的大小极为敏感。
• 对SU(3)对称性破缺效应的了解至关重要：若这些效应能通过实验确定，2β_s^eff的不确定性可显著降低。
• 对B_d^0 → K^(⁎)0 K̄^(⁎)0衰变中C_d和S_d的实验测定提供了一条可行路径，可用于约束SU(3)对称性破缺并提高2β_s^eff的精度。
• 只有当B_d^0衰变可观测量以足够精度测量，使C_d² + S_d²保持在有利范围内时，CPS方法才适用于新物理搜索。