Charmant Direkte CP-Verletzung

Fundamentale Symmetrien liefern einen wesentlichen Beitrag zu unserem Verständnis der elementaren Teilchenphysik. Zwei bekannte Beispiele sind die diskreten Symmetrietransformationen Parität (P) und Ladungskonjugation (C). Bei P handelt es sich um die Invarianz eines Systems unter einer Raumspiegelung und bei C um die Vertauschung von Teilchen und Anti-Teilchen. Während starke und elektromagnetische Prozesse invariant unter C und P sind, so gilt dies nicht für schwache Zerfälle. Die Verletzung der kombinierten CP-Invarianz ist eine der notwendigen Bedingungen für die Erzeugung der Baryonenasymmetrie im Universum. CP- Verletzung wurde 1964 erstmals in Zerfällen von Teilchen beobachtet, welche teils aus Strange- Quarks bestehen. Weitere Messungen wiesen dann zusätzlich die CP-Verletzung in Bottom-Quark Teilchen nach, was zum Nobelpreis für Kobayashi und Maskawa in 2008 führte. Leider reicht ihre Theorie jedoch nicht aus, um die beobachtete Materie-Anti-Materie Asymmetrie im Universum zu erklären. Weiterführende Studien sind daher höchst relevant um nach neuen Quellen von CP- Verletzung zu suchen. In Teilchenzerfällen mit Charm Quarks ist die erwartete Menge an CP-Verletzung sehr gering und experimentell schwer nachzuweisen. Bisher wurde CP-Verletzung in Charm nur ein einziges Mal beobachtet, 2019 am LHCb Experiment. Zerfälle in zwei Pionen sind von besonderem Interesse, da bei gegebenem Quark Inhalt die Menge von CP-Verletzung gen 0 geht. Jede Messung, welche ein von Null verschiedenes Result liefern würde, wäre daher ein Hinweis auf Neue Physik. Die nächste Generation von Teilchenphysikexperimenten befindet sich an der High Energy Accelerator Research Organization (KEK) in Tsukuba, Japan. Der Teilchenbeschleuniger SuperKEKB beschleunigt Elektronen und Positronen auf einem Umfang von 3km mit Energien von jeweils 7 und 4GeV. Das Belle II Experiment befindet sich am Interaktionspunkt beider Teilchenstrahlen und wird in den nächsten Jahren die Messungen von CP-Verletzung in Charm Zerfällen anführen. Die Bestimmung des Flavor, i.e. dem Quark-Inhalt vom untersuchten Charm Teilchen zum Zeitpunkt der Produktion ist sehr wichtig für diese Messungen. Normalerweise wird dies von den anderen Teilchen der Zerfallskette abgeleitet. In meinem Ansatz soll hierzu Information vom Rest des Events verwendet werden, also von all den Teilchen welche nicht der Zerfallskette des Charm Teilchens entstammen. Zusätzlich liefert die fortschrittliche Hardware vom Belle II Experiment tiefgreifende Informationen zu den rekonstruierten Teilchen. In Verwendung mit Maschinellem Lernen ermöglicht dies eine erhöhte Effizienz im Rekonstruktionsprozess, was wiederum zu einer höheren Präzision bei der Messung von CP Verletzung führt.

Fundamentale Symmetrien liefern einen wesentlichen Beitrag zu unserem Verständnis der elementaren Teilchenphysik. Zwei bekannte Beispiele sind die diskreten Symmetrietransformationen Parität (P) und Ladungskonjugation (C). Bei P handelt es sich um die Invarianz eines Systems unter einer Raumspiegelung und bei C um die Vertauschung von Teilchen und Anti-Teilchen. Während starke und elektromagnetische Prozesse invariant unter C und P sind, so gilt dies nicht für schwache Zerfälle. Die Verletzung der kombinierten CP-Invarianz ist eine der notwendigen Bedingungen für die Erzeugung der Baryonenasymmetrie im Universum. CP-Verletzung wurde 1964 erstmals in Zerfällen von Teilchen beobachtet, welche teils aus Strange-Quarks bestehen. Weitere Messungen wiesen dann zusätzlich die CP-Verletzung in Bottom-Quark Teilchen nach, was zum Nobelpreis für Kobayashi und Maskawa in 2008 führte. Leider reicht ihre Theorie jedoch nicht aus, um die beobachtete Materie-Anti-Materie Asymmetrie im Universum zu erklären. Weiterführende Studien sind daher höchst relevant um nach neuen Quellen von CP-Verletzung zu suchen. In Teilchenzerfällen mit Charm Quarks ist die erwartete Menge an CP-Verletzung sehr gering und experimentell schwer nachzuweisen. Bisher wurde CP-Verletzung in Charm nur ein einziges Mal beobachtet, 2019 am LHCb Experiment. Zerfälle in zwei Pionen sind von besonderem Interesse, da bei gegebenem Quark Inhalt die Menge von CP-Verletzung gen 0 geht. Die nächste Generation von Teilchenphysikexperimenten befindet sich an der High Energy Accelerator Research Organization (KEK) in Tsukuba, Japan. Der Teilchenbeschleuniger SuperKEKB beschleunigt Elektronen und Positronen auf einem Umfang von 3km mit Energien von jeweils 7 und 4GeV. Am Interaktionspunkt beider Teilchenstrahlen befindet sich das Belle II Experiment. Mit Kollisionsdaten von Belle II wurden in diesem Projekt verschiedene Messungen von CP-Verletzung in Charm Zerfällen durchgeführt. Dank verbesserter Analyse Methoden konnte die Messgenauigkeit deutlich erhöht werden. Insbesondere wurde ein neues Verfahren erarbeitet für die Bestimmung des Flavor, i.e. dem Quark-Inhalt vom untersuchten Charm Teilchen zum Zeitpunkt der Produktion, welche ein wichtiger Bestandteil dieser Messungen ist. Normalerweise wird dies von den anderen Teilchen der Zerfallskette abgeleitet. In unserem Ansatz wird hierzu Information vom Rest des Events verwendet, also von all den Teilchen welche nicht der Zerfallskette des Charm Teilchens entstammen. Ein Algorithmus wurde mithilfe von Maschinellem Lernen und simulierten Datensätzen entwickelt. Dieser ermöglicht eine erhöhte Effizienz im Rekonstruktionsprozess, was wiederum zu einer höheren Präzision bei der Messung von CP Verletzung führt.