Charmant Strahlende 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. Charm Zerfälle bei denen ein Photon abgestrahlt wird sind von besonderem Interesse. Die Menge and CP-Verletzung kann in diesen strahlenden Zerfällen durch die Anwesenheit Neuer Physik verstärkt werden. Letztere kann sich auch auf die Polarisation des Photons auswirken und die Zerfallszeit des Charm Teilchens verändern. Diese Zerfälle bieten also verschiedene Möglichkeiten um nach Neuer Physik zu suchen. Die neueste 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 und eignet sich besonders um Charm Zerfälle zu vermessen. Die Bestimmung des Flavor, i.e. dem Quark-Inhalt vom untersuchten Charm Teilchen zum Zeitpunkt der Produktion ist essentiell für diese Messungen. In einem neuen Ansatz werden hierfür alle in der Kollision produzierten Teilchen verwendet. Dieser Algorithmus wird durch fortschrittliche Methoden des Maschinellen Lernens verbessert. Mit den hoch-entwickelten Detektoren des Belle II Experiments können Zerfallszeiten von Charm Teilchen mit höchster Präzision gemessen werden. Dies wird eine umfassende Untersuchung der strahlenden Charm Zerfälle ermöglichen.