1 / 35

Fisica del B : stato e prospettive

Fisica del B : stato e prospettive. Sommario: Introduzione Lati e angoli CKM Decadimenti rari Conclusioni Disclaimer: prevalentemente B factories…. Concezio Bozzi, INFN Ferrara IFAE, Lecce, 25/4/2003.

braith
Download Presentation

Fisica del B : stato e prospettive

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. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Fisica del B: stato e prospettive • Sommario: • Introduzione • Lati e angoli CKM • Decadimenti rari • Conclusioni • Disclaimer: prevalentemente B factories… Concezio Bozzi, INFN Ferrara IFAE, Lecce, 25/4/2003

  2. Il meccanismo CKM predice correttamente gli effetti di violazione di CP nei K, charm e B: Violazione di CP piccola nel mixing KK (eK) e nel decadimento K→pp (e’/e) Violazione di CP grande in B→J/y K (sin 2b) ma piccola nel mixing BB (eB) Violazione di CP non rivelata nei decadimenti del charm (sensitività sperimentale non ancora adeguata) eK = 2.271 ± 0.017 × 10-3 |Vub/Vcb| = 3.7 × 10-3 / 40 × 10-3 Dmd = 0.503 ± 0.006 ps-1 Dms > 14.4 ps-1 sin 2b = 0.731 ± 0.055 Stato dell’arte

  3. Successo ed imbarazzo • Il modello standard è in ottima forma ma... • La rottura della simmetria elettrodebole non è capita • MS non spiega l’asimmetria barionica dell’universo • Naturale cercare effetti non-MS: • Misure di precisione nel settore di gauge (LEP/SLC) • Ricerca diretta di nuova fisica (Tevatron2, LHC) • Misure di precisione nel settore di sapore (B Factories presenti e future, Tevatron2, LHC) Qualsiasi estensione del MS dovrà sopravvivere a test molto stringenti di CPV (angoli e lati del triangolo CKM) e FCNC (decadimenti rari)

  4. Vcb (Vub) (u) (,…) CPV e CKM: i lati Pinguino EM Oscillazioni Bd e Bs b W d (s) Vtd (Vts) t t d W b (s) Decadimenti semileptonici

  5. w cf. M. Rotondo, A. Sarti Semileptonici: Vcb, Vub • Approccio esclusivo a Vcb: B→Dln, B→D*ln • Misura | Vcb | × fattore di forma, conosciuto al 4% • Sistematicamente limitata • Sistematici altamente correlati (BR(D), D**, fattori di forma) • Precisione migliorerà ma impatto sul triangolo ormai trascurabile • Approccio esclusivo a Vub: dipendenza dai fattori di forma, calcolabili su reticolo • Errore teorico ~5% su una scala di 4-10 anni (conservativo) • Approccio inclusivo a Vub. Rimozione fondo da b→cln • Tagli in q2, mHad, El. • Ricostruzione esclusiva dell’altro B • Teoria non ancora sotto completo controllo • Combinazione di tagli • Sistematico teorico su | Vub | ~5% asintotico? Vcb escl. CLEO

  6. Breco Brecoil D(*) Y(4S) l p n cf. A. Sarti |Vub| da decadimenti SL sul rinculo Ricostruzione completa di mesoni B e selezione di eventi SL nel B di rinculo Efficienza~10-3 Sistematiche fortemente ridotte Taglio su MX(< MD) ( ~ 60-80%) e altre variabili (P*l, q2) per separare segnale bul da fondo Xu

  7. Fisica più pulita BXln Vcb Vub S/N~1.7 S/N~1/50 Analisi su rinculo Analisi inclusiva

  8. Vub: stato ed estrapolazioni Vub (B factories)=(4.32±0.57) 10-3 Errori estrapolati (analisi Mx): Statistico L(ab-1) = 0.08 0.5 2.0 10 sstat(%) = 7.0 2.8 1.4 0.6 Sistematico sperimentale ~5%  2.5% (bcln bkgd) Teorico ~ 9% (s(mb)=90MeV)  5% (buln, spazio delle fasi) Ottimizzare il punto di lavoro!

  9. Oscillazioni: |Vtd/Vts| Dmd Dms >14.4ps-1@95%CL 0.502  0.006 ps-1 LEP/SLD/CDF: 13 analisi! Tanta precisione per nulla... Dmd/Dms ~ |Vtd/Vts| @ O(5-10%) teorico

  10. Dms: prospettive S. D’Auria Decadimenti: Bs  Dsl, Ds*l (Ds, K*0K, +) ~40K eventi in 2 fb-1 Risoluzione in tempo proprio: t = 60 fs  t  K/K K/K ~ 14% Tagging: D2 = 11.3 % (complessivo) CDF Limite attuale: Xs> 20.6 Sensitività fino axs 30

  11. CPV e CKM: gli angoli sin 2b: Bd→ J/y Ks, f Ks sin 2a: Bd→ pp, rp sin(2b+g): Bd→ Dp eBs →DsK g: Bd→ pp, Bd→ DK A(t) =S sin(Dm t) +C cos(Dm t)

  12. cf. M. Pierini Misure di b • Charmonio+Ks(canali aurei) Stessa fase per alberi e pinguini, no incertezze teoriche Segnale abbondante e puro Sistematiche sotto controllo • D(*)D(*) e J/yp0 Fasi differenti, asimmetria non necessariamente sin2b Necessitano di analisi piu’ complesse • fKs e h(‘)Ks Prevalentemente pinguini, misurano sin2b nel MS ma sono particolarmente sensibili a nuova fisica

  13. Modi con charmonio N(BB)= 88 106 N(BB)= 85 106 cf. M. Pierini PRL 89 (2002) 201802 PRD 66 (2002) 071102 Belle BaBar

  14. Belle BaBar cf. M. Pierini sin2b: fKs Modello Standard:SfKs=SyKs=sin2b SUSY: DF ~ 0.01 – 0.7 tasso(fK) ~ 10-2 tasso(J/yK) → Misura statisticamente limitata!

  15. Sommario sin2b • Fit di CP dipendenti dal tempo oramai maturi • Misure con charmonio solide, consistenti con vincoli da misure indirette, non piu’ fattore limitante nelle analisi CKM • Modi con pinguini ancora con statistica limitata • fKs a 2.8s dal valore atteso (0.74) • → nuova fisica? • h‘ Ks 1.6s piu’ bassa • → valore inatteso per la “contaminazone” dell’albero? http://www.slac.stanford.edu/xorg/hfag/triangle/winter2003/index.shtml

  16. sin2b: prospettive Errore sistematico Sistematico tag leptonico (Statistico aumenta ~70% ) B Factories Super B Factories Misure ridondanti ↔ sensibilità a nuova fisica

  17. u b t d p- p- u d B0 B0 b u u p+ d d p+ d d Mixing + T: b+g P: -b,d cf. M. Bona Sin2a(eff) da B→pp Fase debole –b, fase forte d e |P/T| modificano a: • da analisi di isospin A(t) = Sppsin(Dm t) + Cppcos(Dm t)

  18. cf. M. Bona sin2(eff): stato e prospettive Oggi: 0.08 ab-1 Differenza a livello di 2.2s. Valore di Belle fuori dalla regione fisica… Speculazioni teoriche sulla media. Troppo presto per tirare conclusioni… Estrapolazioni Super BFactory: s(sin2aeff) ~ 0.03 in 10 ab-1 Stesso ordine di grandezza per LHCb/BTeV

  19. L = 0.5 ab-1 L = 2 ab-1 L = 10 ab-1 k k k Analisi di isospin? Occorre misurare: k f … ambiguità quadrupla! ( triangolo invertito e fp-f) f’ Toy MC: BR(p+ p-)= 4.7x10-6, BR(p- p0 ) = 4.1x10-6BR(p0 p0) 1.0 x10-6 Alta statistica e/o Br(p0p0)~0

  20. Analisi dipendente dal tempo, flavor-tagged, delle interferenze di stati finali p+p-p0 tramite plot di Dalitz, misura a Dipendenza da BR(r0p0) Ambiguità dovute a bassa statistica S/N basso (0.3) contributi non risonanti e/o riflessioni da risonanze superiori dipendenza da fattori di forma, fasi, … B0+– - B0–+ Interference Region B0+– - B000 Interference Region sin2a da rp? …difficile!

  21. sin2a: quando? Misura di precisione esclusivamente a super-B factory

  22. g Il ruolo di g • Esiste nuova fisica nel mixing • Non è rivelata da misure di Dm, sin2b, sin2a • Si può rivelare da processi “ad albero” che coinvolgono g • Errori anche grossi sarebbero sufficienti per dare evidenza dinuova fisicase si trovasse g>90°. b+nuova fisica (1-r)2+h2+nuova fisica r2+h2

  23. Interferenza tra mixing e decadimento di B  D(*)ricostruito parzialmente o completamente: sin(2) un’ampiezza è Cabibbo soppressa: difficile sperimentalmente e teoricamente! errore di ~10° con 1-2ab-1 analizzando ancheB0D(*)r,a1,Ks Analogamente: BsD(*)sK Ampiezze dello stesso ordine di grandezza Dms >> Dmd Solo collider adronici, PID necessaria (LHCb/BTeV) Precisione dell’ordine di 8° Caveat: Errore dipende da valore misurato Rapporto tra ampiezze incognito oppure piccolo e impreciso W d d W D(*)+ p+ b b c u B0 c u D(*)- p- d d d d cf. G. Marchiori Metodi per 

  24. cf. G. Marchiori Metodi per g • Misure di processi B±  D(*)X (violazione di CP nel decadimento) g, es. B±D(*)K • Soppressione di colore • Ambiguità x8 non risolvibile con la statistica delle B factories attuali • Studio effettuato con 600fb-1 • Riscalando a 10 ab-1, si risolvono ambiguità e si ottiene una precisione di 1°-2.5° su Dg • Rates e asimmetrie in B   K, KK • Dipendenza da modelli teorici non ancora giunti a maturità • Sviluppi promettenti: decadimenti a 3 corpi, analisi Dalitz • B  D(*)K(*), D(*)Ks, DKs, D(*)K(*), … Misure ridondanti ↔ riduzione di errori e ambiguità

  25. Sommario angoli CKM * 1 anno di run Una parola chiave: ridondanza (nuova fisica, ambiguità discrete, incertezze e input teorici) b: la fase meglio misurata, B factories a: la misura più difficile e a lungo termine, (S)B Factories g: LHCb/BTeV la misura migliore, B Factories concorrenziali

  26. Scenario CKM tra 10 anni? • BaBar, Belle, LHC-b e BTeV: s(sin2b)~0.01, s(sin2a(eff))~0.03, s(g)~5o s(lati) ~ 5% • Se non si saranno viste deviazioni dal meccanismo CKM, sarà la fine dei test di precisione sulla violazione di CP • Ma la ricerca di nuova fisica deve procedere anche attraverso lo studio di processi FCNC, cioé di...

  27. Decadimenti rari Pinguino EW Pinguino EM Decadimenti leptonici

  28. Signal Box Sideband m(D0)Rec-m(D0)PDG (m(D0)) Remaining neutral Energy (GeV) cf. F. Bucci Pinguini EW (BaBar) Misure esclusive: 85M coppie BB B(Xsll, inclusivo) =(6.1±1.4+1.4-1.1) 10-6 Preliminare Teoria (SM): B(B+K+)  3.8 x 10-6 56M coppie BB, completamente ricostruito tag SL 2 eventi osservati (2.2 bkgd atteso) B(B+K+)  9.410-5 (90% CL)

  29. cf. F. Bucci Decadimenti leptonici (BaBar) • Già pubblicato, da aggiornare (Run1+2) • BF(B ) < 1.7 10-6 (90% CL); int.lumi. 19.4 fb-1 • ICHEP 2002 (Run1+2): • BF(B  e+e-) < 3.3 10-7 , BF(B  +-) < 2.0 10-7 , • BF(B  +e-) < 2.1 10-7 (90% CL) • Nuove analisi B+ + (Run1+2),con: • Tag semileptonico o adronico completamente ricostruiti • Miglior limite disponibile (<4.1  10-4 @90% CL)

  30. Decadimenti radiativi e nuova fisica • bsg inclusivo: BR sensibile ai bosoni di Higgs carichi e alle particelle supersimmetriche; asimmetria di CP diretta è anche sensibile a nuova fisica • Br/wg, BK*g • asimmetria di CP diretta e rapporto Br(rg)/Br(K*g) sensibili a MSSM • Rapporto sensibile anche a Vtd/Vts, con incertezza teorica ~10%. Cross-check con oscillazioni

  31. Decadimenti BXsll e nuova fisica • B Factories: Misura di distribuzioni di decadimento oltre che di BR • Asimmetrie piccole in MS, grandi in MSSM • L’attraversamento a 0 dell’asimmetria FB di K*ll permette di discriminare tra vari modelli • Anche I decadimenti in Xsnn sono particolarmente sensibili a nuova fisica.

  32. Decadimenti leptonici • Bll BR molto piccoli, ma potrebbero diventare misurabili grazie a contributi di nuova fisica (leptoquarks, nuovi bosoni di gauge, SUSY con violazione dell’R-parità) • Nessun evento SM atteso in 10ab-1, livelli di sensibilità ~10-9 – 10-7, corrispondente a masse di ~10TeV per nuove particelle in alcuni modelli • Blnpoca sensibilità a nuova fisica, ma sensibile a |Vub|fB, importante per calcoli su reticolo e cross-check per |Vub| • Precisione del 5% su tn e 8% su mn in 10ab-1

  33. Sommario decadimenti rari Collider ~BFact Solo (S)BFact Solo collider Solo (S)BFact CAVEAT: nuova fisica a LHC dovrebbe manifestarsi soprattutto in altri canali...

  34. Conclusioni • I test di precisione di CPV e FCNC in fisica del B saranno un campo di ricerca avvincente nei prossimi anni • Non esiste un canale d’oro • Necessario interpretare misure di diversi processi, effettuate in condizioni sperimentali differenti • La sensibilità sperimentale va confrontata con la chiarezza teorica • Non esiste un rivelatore vincente • Le B factories hanno scoperto la violazione di CP nei decadimenti dei B • sin2~misura di precisione. • Luminosità attuale ~0.1ab-1; 0.5ab-1 nel 2006; almeno 2ab-1 per esperimento per la fine del decennio • Super-B factory (~10ab-1) per misure esclusive (a, decadimenti rari con neutrini) o concorrenziali con collider adronici nel settore della fisica del sapore esclusive • Collider adronici competitivi per b,g, Dms, canali rari in 2 leptoni

  35. Ringraziamenti: M. Bona, F. Bucci, G. Cavoto, S. D’Auria, R. Faccini, F. Ferroni, L. Lanceri, M. Pierini, M. Rotondo, A. Sarti, F. Simonetto

More Related