Meritve redkih procesov
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 35

B . Golob, FMF 4. konferenca fizikov v osn. raziskavah, Cerkno 2004 PowerPoint PPT Presentation


  • 67 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Meritve redkih procesov z detektorjem BELLE. B. Golob FMF, Unive rza v Ljubljan i Inštitut Jožef Stefan. Uvod – kršitev simetrije CP Detektor BELLE Matrika CKM Nekaj drugih meritev Zaključek. B . Golob, FMF 4. konferenca fizikov v osn. raziskavah, Cerkno 2004. Uvod.

Download Presentation

B . Golob, FMF 4. konferenca fizikov v osn. raziskavah, Cerkno 2004

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


B golob fmf 4 konferenca fizikov v osn raziskavah cerkno 2004

Meritve redkih procesov

z detektorjem BELLE

B. Golob

FMF, Univerza v Ljubljani

Inštitut Jožef Stefan

  • Uvod – kršitev simetrije CP

  • Detektor BELLE

  • Matrika CKM

  • Nekaj drugih meritev

  • Zaključek

B. Golob, FMF4. konferenca fizikov v osn. raziskavah, Cerkno 2004


B golob fmf 4 konferenca fizikov v osn raziskavah cerkno 2004

Uvod

Zakaj sploh meriti kršitev simetrije, ki jo

imenujemo simetrija CP?

Zakaj smo in zakaj nismo anti-smo?

trije pogoji (A.Saharov, 1967):

- kršitev barionskega števila

- kršitev simetrije CP in C

- neravnovesno stanje

B. Golob, FMF4. konferenca fizikov v osn. raziskavah, Cerkno 2004


B golob fmf 4 konferenca fizikov v osn raziskavah cerkno 2004

B+

B-

C: konjugacija naboja C|B0> = |B0>

P: zrcaljenje prostora P|B0> = -|B0>

CP: hkratna operacija CP|B0> = -|B0>

Uvod

Mezoni B:

Simetrija CP:

p+

K+

p-

p+

CP

K-

p-

B. Golob, FMF4. konferenca fizikov v osn. raziskavah, Cerkno 2004


B golob fmf 4 konferenca fizikov v osn raziskavah cerkno 2004

qi

W-

qi

W+

V*ij

qj

Vij

qj

CP simetrija se ohranja

GB0 → a =GB0 → a

Kršitev simetrije CP

GB0 → a ≠GB0 → a

Uvod

Standardni model (SM)

elektrošibke in

močne interakcije

Kršitev CP ( CP ) je

posledica matrike

Cabbibo-Kobayashi-Maskawe

(CKM)

kompleksne vrednosti

Če Vij=Vij*► L=LCP► CP simetrija se ohranja

B. Golob, FMF4. konferenca fizikov v osn. raziskavah, Cerkno 2004


B golob fmf 4 konferenca fizikov v osn raziskavah cerkno 2004

VudVub*

VcdVcb*

VtdVtb*

VcdVcb*

Al3(r-ih)

r

h

Al3(1-r-ih)

Uvod

Poglavitni namen eksperimenta Belle

meritev CP pri razpadih mezonov B

= meritev kompleksnih elementov matrike CKM

Matrika CKM je unitarna

Odstopanje bi pomenilo procese, ki niso zajeti

v SM

Vud Vus Vub

Vcd Vcs Vcb

Vtd Vts Vtb

1-l2/2

l

f2

=

Al2

1-l2/2

-l

f1

f3

-Al2

1

(0,1)

(0,0)

B. Golob, FMF4. konferenca fizikov v osn. raziskavah, Cerkno 2004


B golob fmf 4 konferenca fizikov v osn raziskavah cerkno 2004

Mt. Tsukuba

KEKB

Belle

premer ~1 km

B

e+

e-

Dz ~cbgtB

~ 200mm

B

Trkalnik KEK-B in detektor Belle

275M BB razpadov

√s=10.58 GeV

U(4s)

U(4s)

p(e-)=8 GeV p(e+)=3.5 GeVbg=0.42

B. Golob, FMF4. konferenca fizikov v osn. raziskavah, Cerkno 2004


B golob fmf 4 konferenca fizikov v osn raziskavah cerkno 2004

Trkalnik KEK-B in detektor Belle

3.5 GeV e+

SC tuljava 1.5T

~40mm

pri

pt~1GeV

resolucija

z-koordinate sledi

8 GeV e-

Detektor sevanja Čerenkova n=1.015~1.030

Si detektor sledi

Identifikacija nabitih delcev

e(K±)~85%e(p±→K±)<~10%

za p<3.5 GeV/c

B. Golob, FMF4. konferenca fizikov v osn. raziskavah, Cerkno 2004


B golob fmf 4 konferenca fizikov v osn raziskavah cerkno 2004

h

Kompleksna faza matrike CKM

- kot f1

f1

r

B0ali B0

Btag

določen

B0(B0)

SM: za b → ccs :S=sin2f1, A=0

Popolnoma rekonstr. razpad

v lastno stanje CP

m+

m-

J/y

Označevanje

okusa drugega

B preko

naboja

tipičnih

razpadnih

produktov

p-

BCP

p+

Ks

l-

Υ(4s)

K-

Dt=Dz/bgc

Določanje časa med razpadoma obeh B

asimetrija v časovni odvisnosti verjetnosti za razpad

B. Golob, FMF4. konferenca fizikov v osn. raziskavah, Cerkno 2004


B golob fmf 4 konferenca fizikov v osn raziskavah cerkno 2004

h

Kompleksna faza matrike CKM

- kot f1

f1

r

Btag=B0

274M BB

selekcija

razpadov

B→fCP

B→J/y Ks

Btag=B0

Nsig=4150

aCP

Dt [ps]

8

-8

določimo

porazdelitev Dt

S=sin2f1= 0.666 ± 0.046

prva potrditev CP po odkritju (K0) l.1964

B. Golob, FMF4. konferenca fizikov v osn. raziskavah, Cerkno 2004


B golob fmf 4 konferenca fizikov v osn raziskavah cerkno 2004

h

Kompleksna faza matrike CKM

- kot f2

f2

d

d

r

b

b

u

p+

152M BB

W+

W+

u

u

p+

u

B0

p-

B0

d

p-

d

d

d

B0→ p+ p-

B0→ p+ p-

B0→ p+ p-

S=sin2f2

A=0

Nsig=232

funkcija

f2 f1 dP |P/T|

aCP

Dt[ps]

S = √(1-A2)•

sin2f2eff

A ~sindP

S+-= -1.00 ± 0.21 ± 0.07

A+-= 0.58 ± 0.21 ± 0.07

f2= 106o± 8o11o

(povprečje dveh eksperimentov)

B. Golob, FMF4. konferenca fizikov v osn. raziskavah, Cerkno 2004


B golob fmf 4 konferenca fizikov v osn raziskavah cerkno 2004

≠0direktna CP;

|M(B→f)| ≠|M(B→f)|

kadar k f prispeva

več procesov

(drevesni+pingvin)

274M BB

B0→K-p+

B0→K+p-

Direktna kršitev CP

Asimetrija v časovno

integriranih verjetnostih:

ACP=-0.133±0.030±0.009

prva nedvoumna

potrditev

direktne CP

B. Golob, FMF4. konferenca fizikov v osn. raziskavah, Cerkno 2004


B golob fmf 4 konferenca fizikov v osn raziskavah cerkno 2004

r

h

Konsistentnost opisa v SM

Vub: I. Bizjak

sin2f1

Opis CP s kompleksno

matriko CKM (ob trenutni

natančnosti) konsistenten;

sin2f2

Črv dvoma:

velikost CP (eden

Saharovih pogojev) ne

zadošča za popis asimetrije

med snovjo in antisnovjo

površina unitarnega D

Jmax = 1/6√3 ~ 0.1

Jizm~ 4x10-5

Ali je opaziti pomankljivosti SM v še redkejših procesih?

B. Golob, FMF4. konferenca fizikov v osn. raziskavah, Cerkno 2004


B golob fmf 4 konferenca fizikov v osn raziskavah cerkno 2004

Oscilacije mezonov D0

e+

B

ne samo...

U(4S)

W+

u

c

D0

e-

B

D0

D0

W-

u

c

e+

D0

c

tudi...

g*

e-

c

D0 ali D0

ob nastanku

D0 ali D0

ob razpadu

r(D0→D0) ≤ 10-3

D0→D0→

K- e+ n

D*+ → D0 p+

K- e+ n

pogostost oscil.

D0→K- e+ n

B. Golob, FMF4. konferenca fizikov v osn. raziskavah, Cerkno 2004


B golob fmf 4 konferenca fizikov v osn raziskavah cerkno 2004

d

b

c

D+

W+

c

B0

D-

d

d

Razpadi B0→ DD

B0→ Ds+ Ds-

B0→ D+ D-

meritev sin2f1

Verjetnost za razpad

B0 < 9x10-4

Simulacija

Br(B0→DsDs)=

3x10-3

Teoretična

napoved

Br(B0→DsDs)~7x10-5

Verjetnost za razpad

vsakega D±~ 10-1

Meritev:

Br(B0→DsDs)≤(7-10)x10-5

Ob upoštevanju izkoristka

rekonstr. eno celotno razpadno

verigo na vsakih ≥ 106 mezonov B0

B. Golob, FMF4. konferenca fizikov v osn. raziskavah, Cerkno 2004


B golob fmf 4 konferenca fizikov v osn raziskavah cerkno 2004

Zaključek

  • 1964: CP v sistemu K0; 2001: potrditev CP

    v sistemu B0

  • sin2f1 natančna meritev (±6%)

  • sin2f2izmerjen z natančnostjo, ki je l. 1999

    ni nihče predvideval

  • SM še vedno velja (odstopanja nekaterih

    napovedi 2-3 s)

  • Opis CP s kompleksno matriko CKM pravilen v

    okviru merske natančnosti

  • večina meritev omejena s statistično napako,

    v dveh letih ~2x več zajetih podatkov

B. Golob, FMF4. konferenca fizikov v osn. raziskavah, Cerkno 2004


B golob fmf 4 konferenca fizikov v osn raziskavah cerkno 2004

Zaključek

CP in z njo povezani razpadi mezonov B so...

dobro definirane, merljive količine;

pojavi, pomembni za razumevanje okolja (vesolja);

količine, za katere obstajajo preverjive

teoretične napovedi;

neznanke, za meritev katerih obstajajo merske

naprave;

področje sodelovanja kozmologov, teoretikov in

eksperimentalcev osnovnih delcev...

...imajo vse, kar fiziku naredi

področje zanimivo.

B. Golob, FMF4. konferenca fizikov v osn. raziskavah, Cerkno 2004


B golob fmf 4 konferenca fizikov v osn raziskavah cerkno 2004

dodatno

CP simetrija se ohranja

GB0 → a =GB0 → a

Kršitev simetrije CP

GB0 → a ≠GB0 → a

Uvod

Razpad B0→ a; verjetnost GB0 → a~|<a|H|B0>|2

CP transformiran H:(CP)-1H(CP)

CP transformirana GB0 → a:|<a|(CP)-1H(CP)|B0>|2 =

= |<a|H|B0>|2 = GB0 → a

Če(CP)-1H(CP) = H

Če(CP)-1H(CP) ≠ H

B. Golob, FMF4. konferenca fizikov v osn. raziskavah, Cerkno 2004


B golob fmf 4 konferenca fizikov v osn raziskavah cerkno 2004

dodatno

qi

Vij

qj

Uvod

Standardni model (SM)

elektrošibke in

močne interakcije

CPV je posledica matrike

Cabbibo-Kobayashi-Maskawe

(CKM)

Če Vij=Vij*► L=LCP► CP simetrija se ohranja

B. Golob, FMF4. konferenca fizikov v osn. raziskavah, Cerkno 2004


B golob fmf 4 konferenca fizikov v osn raziskavah cerkno 2004

dodatno

Uvod

CP vrednost stanja p+p-

p± sta bozona, val. funkcija mora biti simetrična;

ker imajo p± spin 0, je zamenjava dveh delcev identična

operaciji CP =>CP(p+p-) = +1

CP vrednost stanja p0p+p-, 3p0

p+p- imata CP=+1;

p0 je lastno stanje operatorja C: C|p0> = ±|p0>;

ker p0→ 2g, C(p0) = +1;

ker je p0 psevdoskalarni mezon (l=0), sestavljen iz

kvarka in antikvarka, P(p0) = -1;

CP(p0) = -1;

kinematično najugodnejši razpad delca v p0p+p-je z l=0

CP(p0p+p-)=-1

B. Golob, FMF4. konferenca fizikov v osn. raziskavah, Cerkno 2004


B golob fmf 4 konferenca fizikov v osn raziskavah cerkno 2004

h

f1

CKM Matrix – back to sin2f1

s

r

Not only from b → ccs (B→ J/y Ks)

b

W+

also from b → sss (B→ f Ks)

f

s

B0

d

KS

s

d

P ~ Vtb*Vts ~ Al2

t

2.2s away from ccs

BaBar,227M BB,

A.Hoecker,ICHEP’04

Belle, 274M BB, Y.Sakai,ICHEP’04

other proc. negligible

S=sin2f1

sin2f1= 0.06

± 0.33 ± 0.09

aCP

B→fKs

Nsig=139

(0.73±0.04)

sin2f1= 0.50

± 0.25 ± 0.06

Dt

Mbc

B. Golob, University of Ljubljana 4 Seas Conference 2004, Istanbul


B golob fmf 4 konferenca fizikov v osn raziskavah cerkno 2004

CKM Matrix – back to sin2f1

other examples of b → sss (e.g. B → h’ Ks)

J/y Ks

0.73±0.04

f Ks

0.34±0.21

h’Ks

0.41±0.11

“sin2f1”

conservative

upper bound:

|SyKs-Sh’KS|<0.2

Sh’KSorSfKS at present value

would be sign of NP

Grossman

et al.

B. Golob, University of Ljubljana 4 Seas Conference 2004, Istanbul


B golob fmf 4 konferenca fizikov v osn raziskavah cerkno 2004

direct CPV in

B system

new charm

states

CPV in

B system

direct CPV in

K system

CPV in K

system

J/y

(c quark)

BaBar+Belle

Aleph+Delphi

Conclusions

  • Ba/lle mature exp., testing SM

  • with high precision

  • 1964: CPV in K system, 2001: CPV in

  • B system

  • 2004: sin2f1(b) is a precision measurement (±6%)

  • 1999: direct CPV in K system, 2004: direct CPV in B system; CKM predictions confirmed

  • f2(a) measured

  • many measurements stat. limited, in 2 years ~2x more data

B. Golob, University of Ljubljana 4 Seas Conference 2004, Istanbul


B golob fmf 4 konferenca fizikov v osn raziskavah cerkno 2004

Hadron spectroscopy – X(3872)

hc’’

< 1 MeV/c2

cc1’

hc2Y2 Y3

X(3872)

hc’

MD*+MD

Y’

2MD

cc2

hc

cc1

cc0

Decay to J/Yp+p-

Isospin 0++ allowed

J/Y

Isospin 1-- violating

hc

Mass, width, Br’s & helicity

un-compatible with

expected cc states

Belle observed a new state

decaying into J/yp+p-

B+→K+ X(3872)

confirmed by

CDF,D0,BaBar

J/yp+p-

y’

l+l-

X(3872)

M(J/yp+p-)- M(J/y) [GeV]

Belle:

G(X→gcc1)/G(X→ J/yp+p-)<0.89

G(X→gcc2)/G(X→ J/yp+p-)<1.1

X(3872) not observed in any

other decay mode

B. Golob, University of Ljubljana 4 Seas Conference 2004, Istanbul


B golob fmf 4 konferenca fizikov v osn raziskavah cerkno 2004

Continuum suppression

backup slide

qq

e-

e+

Other B

continuum

Y (4S)

e+

e-

-

BB

Signal B

Continuum

Jet-like

e+e- →qq “continuum”

(~3x BB)

BB

To suppress: use event

shape variables

spherical


B golob fmf 4 konferenca fizikov v osn raziskavah cerkno 2004

CKM Matrix – sin2f1

backup slide

q1

q3

W

V*qq1

b

q

b

Vq3b

q2

Vqb

W

q2

g

V*q2q1

q2

q1

CP in decay: |A/A| ≠ 1

CP in mixing: |q/p| ≠ 1

CP in interference between mixing and decay: |l| = 1, Im(l) ≠ 1

|l| ≠ 1

Tree

QCD penguin

sin2f1(b)

CP asymmetry:

SM: |q/p|-1~

4p(mc2/mt2)sinf1~5x10-4

in B system |l| ≠ 1

signals direct CPV


B golob fmf 4 konferenca fizikov v osn raziskavah cerkno 2004

CKM Matrix – sin2f1

backup slide

b → ccs:

A/A

(q/p)B

(q/p)K

level of hadronic

uncertainty due to

interference

(direct CP)

tree + penguin contribution ~ VcbVcs*=Al2

penguin only contribution ~ VubVus*=Al4(r-ih)


B golob fmf 4 konferenca fizikov v osn raziskavah cerkno 2004

CKM Matrix – sin2f1

backup slide

Fit result with |l|=1 fixed

sin2β = 0.722  0.040 (stat)  0.023 (sys)

when left free:

|λ|=0.950 ± 0.031 (stat.) ± 0.013

S

A

Fitting function:

Miss-tagging probability,

resolution function:

from self-tagged events

B→D*ln, Dp, …

BaBar, decay modes used:

BaBar:


B golob fmf 4 konferenca fizikov v osn raziskavah cerkno 2004

CKM Matrix – sin2f1

signal region

yield

227M BB

M.Bruinsma

ICHEP’04

274M BB

T. Higuchi

ICHEP’04

BABAR

J/ψ KL signal

J/ψ X background

Non-J/ψ background

to isolate

B→fCP decays

from bckg.

B→J/y KL

B→J/y Ks

Nsig=4370

Nsig=2788

Nsig=4150

Nsig=2722

B. Golob, University of Ljubljana 4 Seas Conference 2004, Istanbul


B golob fmf 4 konferenca fizikov v osn raziskavah cerkno 2004

CKM Matrix – sin2f1

backup slide

from b→sss

S= 0.06 ± 0.33 ± 0.09

2.2s away from ccs

274M BB, ICHEP’04

penguin contribution ~ VcbVcs*=Al2

another penguin contribution ~ VubVus*=Al4(r-ih)

S~sin2f1, theor. clean

“sin2f1”= -0.96  0.51

152M BB,

PRL91,261602(2003)


B golob fmf 4 konferenca fizikov v osn raziskavah cerkno 2004

CKM Matrix – f2

backup slide

d

d

d

b

b

b

u

u

p+

u

W+

u

B0

p-

d

d

u,c,t

T ~ Vub*Vud ~ l3

S=sin2f2

A=0

W+

p0

p+

u

u

W+

B0

B0

d

p-

d

p0

d

d

Tc ~ Vub*Vud

P ~ Vtb*Vtd ~ l3

M+-= -Te-if2 + PeidP

M+0= 1/√2(TceidC + T)e-if2

M00= 1/√2(TceidC e-if2 + PeidP)

S = √(1-A2)sin2f2eff

A ~ sindP

Ispospin relations for B→pp

f2 from

B→pp

BaBar


B golob fmf 4 konferenca fizikov v osn raziskavah cerkno 2004

CKM Matrix – f2

backup slide

M.A.Giorgi,ICHEP’04


B golob fmf 4 konferenca fizikov v osn raziskavah cerkno 2004

CKM Matrix – direct CPV

backup slide

274M BB,Y.Sakai,ICHEP’04

B-→K-p0

B→K±p0

B+→K+p0

ACP= 0.04 ± 0.05 ± 0.02

c.f. inB→K+p-

ACP= -0.101±0.025±0.005

2.4s diff.

d

p0

_

d

ACP= 0.06 ± 0.06 ± 0.01

B-

b

K-

BaBar,M.Chrintinziani,ICHEP’04

u

u

Large EW penguin?


B golob fmf 4 konferenca fizikov v osn raziskavah cerkno 2004

CKM Matrix – f3

backup slide

Basic idea: use B-→K-D0 andB-→K-D0with D0,D0→f

interference ↔ f3

u

b

s

D0

K-

c

u

W-

W-

B-

b

c

s

u

K-

B-

D0

u

u

d

Tc ~ Vub*Vcs ~ Al3 (r+ih) ~ eif3

T ~ Vcb*Vus ~ Al3

Gronau,London,Wyler, 1991: B- → K-D0CP

Atwood,Dunietz,Soni, 2001: B- → K-D0(*)[K+p-]

Belle;Giri,Zupan et al., 2003: B- → K-D0(*)[Ksp+p-]

Dalitz plot

Sensitivity depends on

or any other common

3-body decay;

Dalitz density depends

on f3


B golob fmf 4 konferenca fizikov v osn raziskavah cerkno 2004

CKM Matrix – f3

backup slide

Belle,152M BB

A.Bozek,ICHEP’04

B+ D0K+

B- D0K-

M2(Ksp-)

M2(Ksp-)

M2(Ksp+)

M2(Ksp+)

Belle: Use continuum D0 from D*– D0π–, D0 Ksπ+π–decay to model Dalitz plot density.

B± D0 K±

D0 Ksπ+π–

B± D0 p±

miss-id

DE Mbc

Visible asymmetry

Fit with f3,d,rB free

26o <f3 <126o@ 95% C.L.

rB = 0.26 ±0.110.15± 0.03 ± 0.04


B golob fmf 4 konferenca fizikov v osn raziskavah cerkno 2004

CKM Matrix – f3

backup slide

20%

74%

97%

rB

BaBar,211M BB

G.Cavoto,ICHEP’04

Belle,152M BB

A.Bozek,ICHEP’04

f3

rB

90%

68%

f3


  • Login