Now e wyniki w fizyce zapachu

1. Nowe wyniki w fizyce zapachu Jolanta Brodzicka (IFJ PAN, Kraków)

2. Plan • Zapach w Modelu Standardowym • Struktura zapachu • Rola Fizyka Zapachu • Pomiary vs. Model Standardowy • Odchylenia od Modelu Standardowego? Wybrane wyniki dla mezonów B i Bs • Podsumowanie J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

3. Zapach w Modelu Standardowym • Fundamentalny Lagranżjan w Modelu Standardowym → opis cząstek i ich oddziaływań Y sprzężenia Yukawy, φ=(φ+, φ0) pole Higgsa, ψ pole Diraca (fermiony) • Nadanie polom Diraca masy poprzez pole Higgsa  oddziaływania Yukawy: połączenie zapachu i spontanicznego łamania symetrii elektrosłabej • Oddziaływania Yukawy: źródło mas i mieszania pomiędzy fermionami • Diagonalizacja sprzężeń Yukawy (macierzy masy Mij=Yij<φ0>) macierze mieszania kwarków (CKM) i neutrin (MNS) J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

4. Struktura zapachu (kwarki) qi (u,c,t) W+ VCKM ij qj (d,s,b) qi Z-γ δ ij qj • Macierz mieszania Cabibbo-Kabayashi-Maskawy (CKM)  stany własne oddziaływań słabych są liniowymi kombinacjami stanów własnych masy • 3 rodziny kwarków  1 faza zespolona =źródło łamania CP • W MS mechanizm CKM to dominujące źródło łamania zapachu (MFV) i łamania CP (2008, Nagroda Nobla dla Kobayashiego i Maskawy) • Rola macierzy CKM w procesach elektrosłabych prądy naładowane prądy neutralne • Prądy neutralne ze zmianą zapachu (FCNC) : tylko w diagramach pętlowych(mechanizm GIM) b→d, b→s FCNC J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

5. Zapach w Modelu Standardowym • Model Standardowy: efektywna teoria opisująca obszar poniżej ~200GeV • Parametry MS związane z fizyką zapachu: masy fermionów (6+6), kąty mieszania (3+3), fazy łamiące symetrię CP (1+1)  Muszą być wyznaczone eksperymentalnie • Fundamentalne pytania Dlaczego trzy generacje i czy tylko trzy? Co determinuje hierarchię mas fermionów? Co determinuje elementy macierzy mieszania? Źródło łamania symetrii CP? • Implikacje kosmologiczne Maksymalna asymetria materii i antymaterii w przyrodzie. Łamanie CP w Modelu Standardowym niewystarczające... • Aby znaleźć teorię (bardziej) fundamentalną trzeba zrozumieć fizykę zapachu J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

6. Nowa Fizyka a Fizyka Zapachu Model StandardowyNowa Fizyka • Nowa Fizyka = Fizyka spoza MS (np. H±, SUSY, q’, W’, Z’, ...) • Fizyka Zapachu czuła na Nową Fizykę z wyższej skali energii (≥ 1TeV) poprzez kwantowe fluktuacje: wirtualny wkład od nowych cząstek  modyfikacje przewidywań MS (częstości przejść, asymetrie, polaryzacje...) • Poszukiwanie kwantowych poprawek do procesów MS = poszukiwanie pośrednie • Poprawki małe (<10%): najlepsze procesy tłumione w MS np. typu FCNC • Czułość na Nową Fizykę: do ~1TeV jesli łamanie zapachu opisane przez sprzężenia Yukawy (MFV), do ~10-100TeV jeśli łamanie zapachu wzmocnione • Komplementarne metody: Pośrednia: konieczna precyzja Bezpośrednia (w LHC): konieczna energia J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

7. Strategia poszukiwania Nowej Fizyki • Historia: fizyka zapachu czuła na zjawiska z wyższej skali energii: • Mieszanie Kaonów, BR(K0→μμ), mechanizm GIM  istnienie powabu • Łamanie symetrii CP  istnienie trzeciej generacji kwarków • Mieszanie mezonów B0 masa kwarku t • Teraz: • Pomiar korelacji między obserwablami  identyfikacja Nowej Fizyki • Potrzebne precyzyjne pomiary wielu obserwabli • Potrzebna precyzyjna teoria/modele • Korelacje pomiędzy pośrednimi i bezpośrednimi pomiarami • Brak sygnałów Nowej Fizyki w procesach FCNC: poważne implikacje dla fizyki zapachu w skali 1TeV J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

8. Test DNA modeli → identyfikacja Nowej Fizyki Wkład od Nowej Fizyki: duży umiarkowany mały arXiv: 0909.1333 Obserwable ↓ Modele → J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

9. Pomiary vs przewidywania MS α γβ Input: Output: 2001 • Test Fizyki Zapachu: pomiary Trójkąta Unitarnego (TU) • Macierz CKM unitarna: VCKM V†CKM=1 VudV*ub + VcdV*cb + VtdV*tb=0  TU dla mezonów B • Niezależny pomiar boków i kątów  test MS • 2001: Belle i BaBar odkrywają łamanie CP w B (pomiar β dla B0→J/ψK0s) • 2011: finalny pomiar Belle • Pomiary potwierdziły: TU jest trójkątem 2011 J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

10. Odchylenia od Modelu Standardowego? • Precyzja pomiarów ~10%  miejsce na Nową Fizykę • Napięcia między pomiarami np. BF(B→τυ) , sin2β Rozbieżność~2.5σpomiędzy pomiarami sin2βi BR(B →τυ), a pozostałymi obserwablami J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

11. Odchylenia od Modelu Standardowego? • Mieszanie Bs→J/ψφ DØ, CDF, LHCb • Asymetria przypadków dwumionowych w DØ • B→τν Belle, BaBar • Zagadka ACP(B→Kπ) Belle, BaBar, LHCb • AFB w B→K*l+l-Belle, BaBar, CDF, LHCb • Bs→μ+μ- CDF, DØ, LHCb J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

12. Nowa Fizyka w mieszaniu Bd0-Bd0? Złoty rozpad, Fabryki-B Łamanie CP poprzez interferencję diagramów z mieszaniem i bez ~3σ effect ɸdNP 1σ,2σ,3σ • sin2βexp~ 0.67 vs. sin2βSM~0.8 • Dodatkowa faza w mieszaniu Bd0-Bd0?  sin2βexp= sin(2βSM+ɸdNP) ɸdNP~-13±3° • Korelacje: ɸdNP w modelu 2HDM z MFV  zwiększenie: sin2βs w Bs→J/ψφ, |εK|i BF(Bd,s→μμ) • Parametryzacja Nowej Fizyki J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

13. βs w Bs→J/ψφ Złoty rozpad, Tevatron Łamanie CP poprzez interferencję diagramów z mieszaniem i bez • Pomiar Trójkąta Unitarnego dla mezonów Bs • (CKMfitter) • Łamanie CP w Bs→J/ψφ: • Rozpad S→VV  75%CP+ (L=0,2; BL) i 25%CP- (L=1, BH) • Analiza kątowa zależna od czasu  rozwikłanie stanów CP+/CP- , pomiar ΔΓs =ΓH -ΓL • Ograniczenia na płaszczyźnie -2βs vs. ΔΓs • Poprawa zgodności z MS (2009: odchylenie 2.1σ dla DØ+CDF 2.8/fb) • Synergia z pomiarem asymetrii przypadków dwumionowych w DØ J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

14. βs w Bs→J/ψφ J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

15. βs w Bs→J/ψφ 337/pb SM • LHCb: 36/pb → 337/pb update Pierwsza ewidencja ΔΓs (4σ) J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

16. Co dalej z βs? • Więcej danych: LHCb • Więcej rozpadów: • Bs→J/ψf0(980) (LHCb, Belle, CDF, DØ gold rush... ) stan własny CP-, pomiar βsbez analizy kątowej • Bs→φφ pingwin • Bs → K+K- (LHCb) ~CP+ • Bs →Ds(*)Ds (*) (Belle) ~CP+ • Era precyzyjnych pomiarów Bs rozpoczęta -2βsw Bs→J/ψφ J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

17. Asymetria dwumionów • Łamanie CP w mieszaniu: Bd,s0→Bd,s0 ≠ Bd,s0→Bd,s0 • MS dla Bd+Bs: • 2010: DØ, 6.1/fb: odchylenie 3.2σ od MS • 2011: DØ, 9.0/fb, poprawa wydajności i pomiaru asymetrii tła, testy źródła dwumionów • Porówanie z asymetriami w rozpadach półleptonowych (łamanie CP w mieszaniu) • Zgodność z innymi pomiarami, odchylenie 3.9σ od MS Rozpad półleptonowy Mieszanie→rozpad półleptonowy J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

18. Asymetria dwumionów • Związek z Nową Fizyką w mieszaniu Bs0? • Plan LHCb: Pomiar róznicy asymetrii dla: Oszacowania błędów systematycznych? J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

19. B→τυ • Rozpad czysty teoretycznie • Dobry do poszukiwań Nowe Fizyki: czuły na H± • Trudny eksperymentalnie: ≥2 neutrina w stanie końcowym. Domena Fabryk-B • Wzmocniony BF, wkład odH±?  ograniczenia na parametry NF J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

20. B→τν, metoda B→τν signal J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

21. Zagadka B→Kπ Belle, Nature 452, 332 (2008) • Interferencja pingwin+drzewo łamanie CP • Zagadka: • W MS: ΔAKπ=0. Nowa Fizyka czy efekty hadronowe? • Test MS niezależny od modelu: precyzyjny pomiar BF i ACP dla wszystkich kombinacji izospinowych: B→K+π-, K0π+, K+π0, K0π0 J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

22. B→K(*)l+l- Backward Forward __SM __SUSY • W Modelu Standardowym: BF~10-6 Wkład od NF na tym samym poziomie? • Trójciałowy rozpad: wiele obserwabli dBF, FL, AFB test struktury rozpadu • Metoda: analiza rozkładów kątowych (1D) w funkcji q2=M2(l+l-) • Belle: Intrygujaca AFB dla niskich q2? • LHCb, 310pb-1: lepsza zgodność z MS • Plan: pomiar punktu przecięcia AFB, pomiar AT 310/pb J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

23. Bd,s→μ+μ- SM • Bardzo rzadki (FCNC, tłumienie helicity) dobrze policzony, bardzo czuły na NF  Idealny do dyskryminacji modeli i ich parametrów • Np. model NUHM (uogólniony CMSSM) Pomiary, początek 2011: J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

24. Bd,s→μ+μ-, nowe pomiary Bs→μ+μ- M(μμ) M(μμ) M(μμ) • CDF, 7/fb: zwiększona akceptancja (Central+Forward dimuon triggers) , lepsza sieć neuronowa (NN), 14 zmiennych. Analiza: M(μμ) vs. NN output  Bs→μμ: oczekiwane 2 przypadki w MS, obserwowane wzmocnienie (~2.5σ)  Bd→μμ: zgodny z tłem • Pierwsza ewidencja Bs→μμ!? • CMS, 1.14/fb, Bs→μμ,  Bs→μμ oczekiwany 1 przypadek J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

25. Bd,s→μ+μ-, nowe pomiary • LHCb 37→300/pb: BoostedDecisionTree (BDT): 9 zmiennych kinematycznych i topologicznych. Kalibracja: B→hh, normalizacja: B→J/ψK, Bs→J/ψφ • Analiza M(μ μ) vs. BDT output • Plan LHCb dla 1.1/fb (koniec 2011): wykluczenie (95%CL) Bs→μμ z BR~7-8x10-9 lub ewidencja (3σ) dla BR~8x10-9 M(μ μ) J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

26. Podsumowanie • Rola Fizyki Zapachu: Precyzyjny pomiar MS  Poszukiwanie i identyfikacja Nowej Fizyki • Poszukiwania pośrednie komplementarne do bezpośrednich • Odchylenia od Modelu Standardowego w rozpadach B i Bs + Fizyka mezonów D i Ds: coraz większa czułość pomiarów (mieszanie D0, łamanie CP, rzadkie rozpady) + Sektor leptonów (LFV) • Giganci zapachu: Belle, Babar, CDF, DØ, LHCb  Super Fabryki-B J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

27. Backups J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

28. J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

29. Backups J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

30. βs w Bs→J/ψφ • Bullet • kooten slides at LP J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

31. βs • Bullet J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

32. Nowa Fizyka w mieszaniu Bs0-Bs0? J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

33. Dileptons • Bullet J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

34. DCPV B→Kπ, puzzle M. Gronau, PLB627, 82 (2005); D. Atwood, A. Soni, PRD58, 036005 (1998) J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

35. Bd,s→μ+μ-, nowy pomiar LHCb J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

36. Trójkąty Unitarne J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

37. Oscylacje mezonów J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

38. Nowa Fizyka J.Brodzicka "Fizyka zapachu"