1 / 35

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

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.

halima
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. 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. 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

  2. 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

  3. 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

  4. 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

  5. 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

  6. 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

  7. 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

  8. 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

  9. 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

  10. 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

  11. ≠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

  12. 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

  13. 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

  14. 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

  15. 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

  16. 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

  17. 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

  18. dodatno qi W± 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

  19. 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

  20. 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

  21. 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

  22. 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

  23. 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

  24. 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

  25. 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

  26. 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)

  27. 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:

  28. 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

  29. 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)

  30. 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

  31. CKM Matrix – f2 backup slide M.A.Giorgi,ICHEP’04

  32. 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?

  33. 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

  34. 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

  35. 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

More Related