LHCb가 전면 분석한 B⁰ → K ⁰ μ⁺ μ⁻ 붕괴의 각도·분기율 및 CP 비대칭

초록

LHCb는 8.4 fb⁻¹의 pp 데이터로 B⁰ → K*⁰(→K⁺π⁻) μ⁺ μ⁻ 붕괴를 q² 구간별로 측정했다. 전체 CP 평균 및 CP 비대칭 각도 관측값, S‑파동 기여, 그리고 뮤온 질량 효과를 최초로 포함한 분석을 수행했으며, 관측된 평균값은 기존 SM 예측과 지속적인 긴장을 보인다. CP 비대칭은 모두 0에 근접한다.

상세 분석

본 연구는 2011‑2012 및 2016‑2018 기간에 LHCb가 수집한 8.4 fb⁻¹의 양성자-양성자 충돌 데이터를 이용해 B⁰ → K*⁰(→K⁺π⁻) μ⁺ μ⁻ 붕괴를 전면적으로 재분석하였다. 기존 분석에 비해 크게 개선된 점은 (1) K⁺π⁻ 시스템의 질량 m(Kπ) 를 직접 변수에 포함시켜 P‑파와 S‑파의 간섭 항을 측정, (2) 뮤온 질량을 고려한 전미분 붕괴율 식을 도입해 저 q² 구간에서의 효과를 정량화, (3) 5차원( q², m(Kπ), θℓ, θK, φ ) 최대우도 피팅을 통해 각도 관측값과 상대 분기율을 동시에 추출, (4) 두 개의 독립적인 분석 프레임워크로 교차 검증을 수행하였다. 각도 관측값은 약 20개의 CP 평균 관측량과 동등한 수의 CP 비대칭 관측량으로 구성되며, 특히 P′₅와 같은 폼 팩터 의존성을 최소화한 옵저버블도 포함한다. 수용률 보정은 Legendre 다항식 기반의 5차원 함수로 모델링했으며, q²≈1 GeV²/c⁴ 부근의 φ 공명에 따라 두 구역으로 나누어 고차항 사용을 최소화하였다. 배경은 조합 배경과 피크 배경으로 구분해 BDT와 전용 veto를 적용했으며, 잔여 피크 배경은 전체 신호의 2 % 수준으로 추정되어 시스템atics에 포함되었다. 결과적으로 CP 평균 관측값은 기존 LHCb 측정과 일관되면서도 통계·계통 오차가 30 % 정도 개선되었고, 전반적으로 SM 예측보다 낮은 분기율과 P′₅ 등에서의 약간의 과잉이 지속된다. 반면 모든 CP 비대칭 관측량은 0±(0.02~0.05) 수준으로, 현재 통계로는 새로운 CP 위반 신호를 확인할 수 없음을 보여준다.