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CP Verletzung, Pinguine und B B Oszillation Neueste B Mesonen Ergebnisse vom BELLE Experiment

CP Verletzung, Pinguine und B B Oszillation Neueste B Mesonen Ergebnisse vom BELLE Experiment. Sören Lange (Frankfurt/BNL) Univ. Mainz, 7.01.2002. CP Verletzung, Pinguine und B B Oszillation Neueste B Mesonen Ergebnisse vom BELLE Experiment. Sören Lange (Frankfurt/BNL)

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CP Verletzung, Pinguine und B B Oszillation Neueste B Mesonen Ergebnisse vom BELLE Experiment

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Presentation Transcript

  1. CP Verletzung, Pinguine und BB OszillationNeueste B Mesonen Ergebnisse vom BELLE Experiment Sören Lange (Frankfurt/BNL) Univ. Mainz, 7.01.2002

  2. CP Verletzung, Pinguine und BB OszillationNeueste B Mesonen Ergebnisse vom BELLE Experiment Sören Lange (Frankfurt/BNL) Univ. Frankfurt, 16.01.2002

  3. Inhalt • BoBo Oszillation (“Mixing”)Dmd • CP Verletzungindirekt BJ/y Ksdirekt Bp+p- • Pinguinebsgbsl+l- • BELLE’s Zukunftnah:BJ/y K*bdgfern: bsnn Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE

  4. BELLE • B Mesonen Fabrik s = 10.58 GeV = Masse (4s)zerfällt 50% in BoBo, 50% in B+B-T(e-)=8 GeV, T(e+)=3.5 GeV • Datennahme seit 06/1999, ~10 Monate/Jahr43.3/fb ~ 45·106 B Mesons (BABAR ~67.1) • ~300 Mitglieder (BABAR ~650) • Weltrekord Luminosität11.12.2001 5.495x1033 /cm2s (BABAR 4.513x1033)Design 1x1034 /cm2s • Frankfurt = Mitglied seit 03/2000SVD Level-2 TriggerEinstein-Podolsky-Rosen Korrelationen in BB Oszillation(früher: 97/98 SVD DAQ for Tokyo Metropolitan Univ.) Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE

  5. SVD • strips, Hamamatsu DSSD “from the shelf” • SVD 1.0  7/4/1999SVD 1.1 complete backup of 1.0, disassembled due to bias line problems, never solved (thunderstorm ?)and 2 more SVDs 1.2, 1.4 (ladders exchanged), slowly dying (-> accident 03/28, 5 kRad @ beam dump)dose 12/26/2001 152 kRad • new SVD 2.0 > summer 2002DC coupled DSSD4-layer (z vertex resolution += ~factor 1.9)ladder length 22 cm -> 46 cm (17o<q<150o)Ri=3 cm -> Ri=2.2 cm (rule of thumb sz[mm] ~ R[mm]) Ro=6 cm -> Ro=8.8 cm (slow p track efficiency 54%->77%)rad hard < 10 Mrad (~5 years) Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE

  6. BoBo Oszillation (“Mixing”) • “flavour tagging” mit Leptonen: b->l- X, b->l+X • Erste Anzeichen von UA1 1987 in m+m- Paaren N++ + N-- N+- + N-+ • Bo undBo wechseln Identität*2. Ordnung schwache Wechselwirkung* QM: B ist Teilchen und Antiteilchen zum selben Zeitpunkt (bevor Messung) • A= • =0.42 Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE

  7. BoBo Oszillation (“Mixing”) • Bo undBo “schwingen”A(t) ~ cos(Dm t) mit Massendifferenz Dm=3.1±0.1·104 eV (PDG)Dm=0.472 ps-1Dm = wichtiger Input Parameter für CPkann beobachtet werden an BELLE auf Skala Dz=2 mm Silicon Vertex Detector Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE

  8. Was ist CP Verletzung ? • entdeckt 1964 AGS/BNL, Cronin/Fitch (Princeton)Zerfall |KL>|K2> CP=-1 (ppp), aber pp beobachtet • 3 Arten: • “direkt” - CP im Zerfall (zeit-unabhängig)G( Bof )  G(Bo  f )Beispiel: NA48, KTeV, B->pp • CP in Oszillation (zeitabhängig)p( Bo Bo )  p(Bo  Bo )Beispiel: Dilepton Ladungsasymmtrie ~10-3N(l+l+)-N(l-l-) / (N(l+l+)+N(l-l-)  2d/(1+d2) mit d=-sinb/2·103 • “indirekt” = konstrukive Interferenz von Zerfall und Oszillationgrosse CP Amplitude erwartetfuer gemeinsamen Endzustand Bf und BfBeispiel: BELLE, BABAR, goldener Mode B,B J/y Ks ~sin2b Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE

  9. a b g = F3F1F2 BABAR BELLE • es ist keine QM Phase ! aber Kobayashi sitzt nebenan Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE

  10. Was bedeutet “Standard Modell” ? • Störungstheorie H = Ho + H1 Ho = starke + electromagnetische WW H1 = schwache WW = Störung • Elektro-schwache Kopplung präzise bestimmt an LEPjedoch Masse wird generiert durch Kopplung HiggsQuark> 10 weitere freie Parameter Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE

  11. BJ/y Ks • indirekte CP Verletzung • BR=8.9·10-4 • grosser Effekt, da ~ |Vtd*| ~ 12 (CKM Diagonal-Element) • zeit-integrierte Asymmetrie = Null ! • sinb = sinF1 = Amplitude der CP Verletzung Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE

  12. Bpp • direkte CP Verletzung (zeit-unabhängig) • BR(Kp)/BR(pp)~4, d.h. Kp ist vorteilhafter • falls kein Pinguin ~ Vub*- selten, da off-diagonal CKM Element (<1% aller B Zerfälle)- sin2g • jedoch 0.18 < |Pinguin|/|Tree| < 0.4 • gluonischer Pinguin g  uuTheorie schwieriger als EM Pinguine (~Drell-Yan)d.h. falls Acp sichtbar  Interpretation nicht einfach • experimentell sehr gute Teilchenidentifizierung p/K notwendig • BELLE (11·106 B Mesonen)-0.25 < ACP < 0.37 PRD 64(2001)071101 Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE

  13. BJ/y K* • quark Diagram identisch zu BJ/y Kssogar Faktor 1.7 häufiger (BR~1.5·10-3) • BahndrehimpulsCP=+1 L=0,2CP=-1 L=1 Messung der Polarisation notwendig (!) • BJ/y K*o(Kspo) bereits publiziertsin2F1 = 0.85±1.45 • Update für 2002: Fehlerbalken ausserhalb von Null Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE

  14. bsg • FCNC nicht erlaubt in 1. Ordnung, aber 2. Ordnung • entdeckt 94 (CLEO) • BR~3·10-4, d.h. nicht so seltenaber Problem: g aus Continuum Background (u,d,s jets) • schwere Teilchen W, top in Loop:sensitiv auf noch schwerere Teilchenz.B. geladenes Higgs, SUSY TeilchenHistorie: Klm+m- war erstes Anzeichen fuer Existenz von charm • B->Xsg- suche hoch-energetisches g mit (g,Xs)>167o- Xs=K± oder Kos + 1-4 p Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE

  15. bsl+l- • nicht nur g, sondern g und Zoe+e- • BR~4·10-5 Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE

  16. bdg • t und c in Pinguin Loop(~ l Exponenten in CKM) • unterdrückt mit |Vtd/Vts|2 ~ 20-50 • noch nicht beobachtetUnd gluonische Pinguine ?(guu)bereits gezeigt ! Bpp Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE

  17. bsnn • keine Resonanz in e+e- (J/y , cc) • BR ~ 5·105 (Standardmodell)aber experimentell sehr schwierig:2 “missing” n !benötigt PIXEL Detektor Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE

  18. Flavour Tagging - B oder B ? • inclusive leptonshigh-p l-b  c l -nmedium-p l+ s l +n • inclusive hadronshigh p pi+ B o D(*)-p +, D(*)-r +medium-p K+  K + X p +p olow-p pi- D op - • plus correlations Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE

  19. Juli 2001 • 02.-04.07. BELLE Kollaborationstreffen erste Gerüchte ueber BABAR Paper • 5.07. BABAR PRL Paper submitted (“Independance Day” Überraschung) • 06.07. Ende BELLE Datennahme U(4s) • 09.07. Ende BELLE Datenrekonstruktion 30 Mio. BB • 11.07. “Flavour Tagging” - Bo oder Bo • 12.07. Öffnen der Signal-Box (“Blinde Analyse” !) CP Fit Rückflug KEK-BNL • 13.07. Phys. Rev. Lett. Draft Aufruf zur Geheimhaltung • 14.07. Jack Sandweiss = PRL Editor/STAR Period Coordinator BELLE Paper ist zu lang Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE

  20. Juli 2002 cont’d • 12.-18.07. EPS HEP Konferenz in Budapest 11 BELLE Talks aber strikte Geheimhaltung • 16.07. Ende BELLE Off-Resonance (-60 MeV) Datennahme • 18.07. BELLE PRL Paper submitted • 20.07. “Umi no hi” = Tag des Meeres Nationaler Jp. Feiertag keine Emails (Ruhe vor dem Sturm) • 21.07. SVD Monitor Shift • 23.07. 11:00 Steve Olsen’s Vortrag LP01 @ Rom • 23.07. 19:30 Abendessen CERN Einladung Kolloquium Mainz Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE

  21. CP Result - BELLE vs. BABAR • BELLE steering angle 11 mrad, BABAR head-on(no magnet near IP  less background) • BELLE Aerogel Č, BABAR quartz bars • BELLE uses Bo->hc(K+K-po,KsK-p+) Ks • Summer CP Ergebnis 29/fb (~2 years)BELLE 1316 events / 282 bkgd.BABAR 1230 events / 200 bkgd. • BABAR gives symmetric error bars (?) • Main difference:BELLE 2002 completely reprocessed whole 29.5/fb data setBABAR only processed new data, and combined sin2b result Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE

  22. Zukunft • Luminosität steigt (Strom ~2A)Fehlerbalken Dbx 1/2 50/fb (1 Jahr)x 1/2 300/fb (5 Jahre)beobachtbare BR1034 BR~10-8 (2005) SUSY Tests1035 BR~10-9 falls Super-KEKB • neuer Silicon Vertex Detector Sommer 2002 Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE

  23. BELLE Subdetectors • Silicon Vertex Detector 3 layers, z=55mm (p=1 GeV/c,q=90o) • Central Drift Chamber 8400 readout, 24944 field wires 50 hits/track, z L0 trigger • Aerogel Cerenkov Counter 1188 units • Time-of-Flight 128 slats, d=4 cm, st=95 ps • Electromagnetic Calorimeter 8736 CsI(Tl) crystals 5.5x5.5 cm2, 18.2 Xos/Eg=1.8% (Eg=1 GeV) • KL and m detector 14 layers RPC/iron, DV=±4 kV µ±e>90%, fake rate ~2% • superconducting magnet B=1.5 T • Extreme Forward Cal. 320 BGO (for Luminosity) Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE

  24. Zusammenfassung • CP ist verletzt im B Mesonen System- 6 Abweichung von Null- Amplitude maximal (0.99)- verträglich mit Standardmodell • d.h. 2. Teilchenart nach K Mesonen nicht nur Laune der Natur • Es ergibt ein Unitaritätsdreieck !-> wir verstehen die Mathematik-> aber verstehen wir wirklich ?Oder ist CP Verletzung vielleicht die Auswirkungder Verletzung des Equivalenzprinzips ?-> gravitative WW mit astrophysikalischer (Anti-)Materie ?-> ist wirklich m( B ) = m(Bo ) ?-> Und ist QM Kohärenz erhalten ? (nur für punktförmige quarks !) Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE

  25. Ersatz

  26. Radiation • 1154 bunches (RHIC=60) • now:~2 mrad/s @ full current~10 mrad/s at injection (asymmetric)1 krad/s seen (!) in background bursts • Radiation Monitor (KEK, Melbourne, Tsukuba U)8 x PIN diode mrad/s = f(t)8 x RADFET krad integratedose (beampipe) ~ 1.5 x dose(SVD) • SVD abort:hardware abort >100 rad/s t>1 ms (abort 10 ms later)software abort >100 mrad/s t>2 s> 1-2 aborts per day ! (earthquake aborts ~3-4/year) • KLM trips @ every beam reinjection (HV=8 kV) • innermost 3 CDC layers already switched off since ~1 year Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE

  27. Luminosity + Trigger + SVD upgrade 2002 • Luminosity 4x10^33 10^34 • Beam current (LER/HER) 0.930A / 0.775A 2.2A / 1.1A • L0 trigger rate 100 kHz 200 kHz • L1 trigger rate ~ (beam current)2 R<350 Hz R=1355 Hz + a(beam-beam) (physics:background = 1:4) • SVD background @ R=2.2 cm / R=6 cm x 2 / x 1.2 • Dose: x 8 VA1<200 kRad VA1/TA1<10 Mrad 0.8mm 0.35mm BUT chip thickness d=520 mm d=725 mm • shaping time x 0.5 (noise -=20%) rate x 4 Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE

  28. Soeren • test Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE

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