Введение к работе
Диссертация посвящена изучению СР-нарушения в распадах Р-мезонов
в конечные состояния с чармонием и двойным чармом. В частности, пред
ставлены измерения СР-асимметрии в распадах Р —> Z)M+Z)M~ (Kg). По
лучены относительные вероятности изучаемых процессов. В распадах В —>
D^'D^'K изучены возможные промежуточные состояния, распадающиеся
на или D*K, обнаружен распад Х(3872) —> D*D. Для указан-
ных распадов получены соответствующие относительные вероятности. Выполнены измерения параметров СР-нарушения в распаде В0 —> J /фи и прецизионное измерение параметра СР-нарушения, ші2ф\ = sin 2/3, в распадах В0 —> (ее)К0. Выполнена проверка сохранения СРТ-инвариантности в распадах Р-мезонов.
Представленные в настоящей работе исследования выполнены с использованием экспериментальных данных, полученных на установке Belle, работавшей на коллайдере КЕКВ (г. Цукуба, Япония) встречных электрон-позитронных пучков с асимметричными энергиями в области рождения резонанса Т(45).
Актуальность темы
Изучение нарушения СР-симметрии, обнаруженного почти полвека назад в распадах нейтральных if-мезонов, остаётся и по сей день одной из самых интересных и актуальных задач физики элементарных частиц. Для объяснения этого эффекта в 1973 году японскими теоретиками М. Кобая-ши и Т. Маскава была предложена модель, предполагавшая существование
трёх поколений кварков и наличие комплексной фазы в амплитудах переходов между разными поколениями кварков.
Для проверки этой теории в 1999 году были запущены два эксперимента, Belle в Японии и ВаВаг в США. За последующее десятилетие эксплуатации этих установок обе международные коллаборации, Belle и ВаВаг, выполнили огромную и весьма плодотворную работу по изучению СР-нарушения. В 2002 году одновременно в обоих экспериментах было обнаружено СР-нарушение в распаде Р —> J/ifjKg. В дальнейшем появилась целая серия работ по измерению параметров СР-нарушения в различных распадах В-мезонов. Было показано, что предложенная модель хорошо описывает экспериментальные данные, а механизм Кобаяши-Маскава является основным источником СР-нарушения в распадах К-: D- и Р-мезонов.
В рамках модели Кобаяши-Маскава СР-нарушение можно представить геометрически в виде треугольника унитарности на комплексной плоскости. Независимое измерение всех параметров этого треугольника позволяет проверить самосогласованность модели или обнаружить эффекты за её пределами. Удобным методом является сравнение прямого измерения угла ф\ треугольника унитарности и косвенного, когда этот угол получают из остальных измерения параметров треугольника. Таким образом, максимально точное прямое измерение угла ф\ является исключительно важной задачей.
Ещё в 1967 году А.Д. Сахаров показал, что наличие СР-нарушения -одно из условий существования нашего мира, поскольку оно обеспечивает преобладание материи над антиматерией [16]. Однако сегодня мы понимаем, что обнаруженного механизма СР-нарушения недостаточно для объяснения наблюдаемой асимметрии между материей и антиматерией. Более точное и полное измерение параметров СР-нарушения в распадах Р-мезонов, возможно, позволит выявить новые источники этого явления, а, следовательно, и физику за пределами Стандартной модели.
Одним из процессов, в котором могут проявиться эффекты СР-нарушения за пределами Стандартной модели, является распад Р-мезона в состояние с двойным чармом, Р —> р(*)+р(*)~. Эти распады протекают в основном через древесную диаграмму перехода Ь —> ccd, где СР-асимметрия пропорциональна параметру sin20i. Вклад пингвинной диаграммы теоретически предсказывается незначительным, поэтому обнаружение существенного отличия полученного в этих распадах СР-нарушения от sin 2фі может указывать на существование Новой Физики. Помимо этого распады
В —> D^'D^'K позволяют изучать открытые в последнее время экзотические состояния чармония, такие как Х(3872), а также открытого чарма, DsJ.
С более общей точки зрения СР-нарушение интересно ещё и тем, что это единственный известный в настоящее время физический процесс, указывающий на выделенность направления течения времени, поскольку в комбинации с СРТ-инвариантностью СР-асимметрия означает нарушение Т-симметрии. Возможно, что в основе фундаментальной разницы между прошлым и будущим и необратимости времени на макроуровне лежит именно эффект нарушение Т-симметрии на квантовом уровне.
Цель диссертации
Целью диссертации является изучение СР-асимметрии в распадах В —> D(*)+D(*)~ (Kg), изучение промежуточных состояний чармония и открытого чарма в распадах В —> D^D^K, измерение параметров СР-нарушения в распаде В0 —> J/^7r, прецизионное измерение параметра СР-нарушения sin 201 в распадах В0 —> (сс)К, а также проверка СРТ-инвариантности.
Научная новизна
Впервые обнаружено значимое СР-нарушение в распадах Р-мезонов в конечное состояние с двойным чармом, а именно D*+D*~; измерена поляризация этого распада. С наилучшей в мире точностью измерены параметры СР-нарушения во всех распадах В0 —> РД*)+РД*)~ и относительные вероятности этих распадов.
Впервые обнаружен распад состояния Х(3872) —> DD07i] с наилучшей в мире точностью измерена относительная вероятность распада В —> Х(3872)(—> D*D)K, в этом распаде измерены масса и собственная ширина состояния Х(3872).
С наилучшей в мире точностью измерен параметр СР-нарушения sin 2фі в распадах В0 —> (сс)К. С наилучшей в мире точностью измерены параметры СРТ-нарушения.
Основные положения, выносимые на защиту
-
Первое обнаружение СР-нарушения в распаде В —> D*+D*~.
-
Угловой анализ распада В0 —> D*+D*~.
-
Измерение относительных вероятностей распадов В0 —> Р)М+Р)М~.
-
Измерение параметров СР-нарушения в распадах В0 —> Р)М+Р)М~.
-
Измерение относительной вероятности распада В0 —> D*+D*~KS.
-
Измерение параметров СР-нарушения в распаде В0 —> D*+D*~K.
-
Измерение относительных вероятностей распадов В —> Dsi{2536)+D^\
-
Первое обнаружение распада В —> Х(3872)(—^ DD07t)K.
-
Измерение относительной вероятности распада Р —> Х(3872)(—> D*l)0
-
Измерение массы и собственной ширины Х(3872) в распаде на Р*Р.
-
Измерение параметров СР-нарушения в распаде Р —> J /фи0.
-
Прецизионное измерение параметра СР-нарушения ш\.2ф\ в распадах Р -> (cc)i^0.
-
Измерение параметров СРТ-нарушения в распадах Р-мезонов.
Апробация работы и публикации
Основные материалы диссертации опубликованы в работах [1 — 12].
Материалы, представленные в диссертации, были доложены на совещаниях сотрудничества Belle, сессии-конференции Секции отделения ядерной физики ОФН РАН, многочисленных престижных международных конференциях, в том числе на Рочестерских конференциях: ЮНЕР'2008 (Филадельфия, США), ЮНЕР'2010 (Париж, Франция), ЮНЕР'2012 (Мельбурн, Австралия); конференциях Европейского физического общества: EPS'2009
(Краков, Польша), EPS'2011 (Гренобль, Франция); крупных конференциях: 14-й международный семинар по физике высоких энергий ИЯИ РАН (Санкт-Петербург, Россия) [13], Rencontres de Moriond'2008 (Ля Туиль, Италия) [14], FPCP'2008 (Тайней, Тайвань), PANIC2008 (Эйлат, Израиль) [15], FPCP'2009 (Лейк-Плэсид, США), FPCP'2010 (Торино, Италия), СКМ'2010 (Ворвик, Великобритания), FPCP'2012 (Хэфэй, Китай), СКМ'2012 (Цинциннати, США).
Обнаружение распада Х(3872) —> DD7r подтверждено сотрудничеством ВаВаг [17]. Значения параметров нарушения СР-инвариантности и относительных вероятностей распадов, представленных к защите, согласуются со среднемировыми значениями [18].
Структура и объем диссертации
