Ricerca di violazione CP nel decadimento D0 -> pi+ pi- pi0 all'esperimento Belle II

Il modello standard (MS) della fisica delle particelle è la teoria fondamentale della natura con il miglior riscontro sperimentale, ed dimostra eccezionale accuratezza nel predire le interazioni tra le particelle. Tuttavia lascia diverse domande senza risposta, tra cui l’origine della asimmetria materia-antimateria nell’universo. La violazione della simmetria di carica-parità (CP) è necessaria per spiegare questo fenomeno, ma la quantità osservatane al livello particellare non è sufficiente, sotto le assunzioni del MS, per spiegare le osservazioni su scala cosmologica: devono esistere, perciò, ulteriori sorgenti di violazione di CP. La violazione di CP è stata estensivamente misurata nei settori dei quark strange e beauty, e nessuna discrepanza rispetto al MS è stata trovata. Nel settore del charm, invece, il MS prevede asimmetrie CP molto più piccole, e solo negli ultimi anni la sensibilità degli esperimenti ha raggiunto simili livelli di precisione. La violazione di CP nel settore del charm è stata osservata soltanto nel canale di decadimento D⁰ → π⁺π⁻, e soltanto dall’esperimento LHCb: questo rende necessarie ulteriori ricerche in altri canali e da parte di altri esperimenti. Nella mia tesi presento una misura della asimmetria CP integrata nel tempo del canale di decadimento D⁰ → π⁺π⁻π⁰ utilizzando un campione di dati dell’esperimento Belle II corrispondente a 428 fb⁻¹. La misura è coerente con la conservazione della simmetria CP e con le precedenti misure effettuate dagli esperimenti BaBar e Belle; inoltre, è il 34% più precisa della migliore misura esistente (effettuata dall’esperimento BaBar). --- The standard model (SM) of particle physics is the most successfully tested theory of nature at a fundamental level. Despite its tremendous accuracy in predicting the interactions among particles, it is unable to provide answers to several questions, including the origin of the matter-antimatter asymmetry of the universe: the violation of the charge-parity (CP) symmetry is necessary to explain it, but the observed amount at the particle level is insufficient, within the assumptions of the SM, to match the observations at the cosmological scale. There must exist, therefore, undiscovered sources of CP violation. Concerning quarks, CP violation has been measured extensively in the kaon and beauty sectors, and no clear discrepancy from the SM has been found. In the charm sector, instead, the SM predicts much smaller CP violation, and only in recent years have we achieved experimental sensitivity comparable to the SM predictions. Still, CP violation in the charm sector has only been observed in the D⁰ → π⁺π⁻ channel, and only by the LHCb experiment. This compels searches for CP violation in other channels and by other experiments. In my thesis, I present a measurement of the time-integrated CP asymmetry of the D⁰ → π⁺π⁻π⁰ decay channel using a datset of 428 fb⁻¹ collected by the Belle II experiment. The measurement is consistent with CP symmetry and with previous determinations by the BaBar and Belle experiments. Furthermore, this measurement improves the precision of the current world best (performed by the BaBar experiment) by 34%.