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Das BELLE Experiment

Das BELLE Experiment. Mt. Tsukuba. KEKB. Belle. ~1 km in diameter. Gerhard LEDER Hephy ÖAW-Wien. KEK 　高エネルギ Tokyo 東京. Das Experiment. B-Physik : Ausgewählte Resultate. Zukunftsperspektiven: Superbelle vs LHC. BB Schwelle. L peak = 1.56 x10 34 cm -2 sec -1

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Presentation Transcript

  1. Das BELLE Experiment Mt. Tsukuba KEKB Belle ~1 km in diameter Gerhard LEDER Hephy ÖAW-Wien KEK　高エネルギ Tokyo 東京 • DasExperiment • B-Physik : Ausgewählte Resultate • Zukunftsperspektiven: Superbelle vs LHC

  2. BB Schwelle Lpeak=1.56 x1034cm-2sec-1 design=1034cm-2sec KEKB Collider e- e+ 8GeV 3.5GeV = 0.425 bg B-“Fabrik“ (auf 4s Resonanz) BB threshold

  3. Kontinuierliche Injektion Kein Grund, Run zu unterbrechen Immer bei ~max. Strömen, Luminosität KEKB & PEP-II ~30% mehr L dt normale Injektion (alt) kontinuierliche Injection (neu) HER Strom LER Strom Luminosität ~1 fb-1/Tag ! (~1x106 BB) - 0 12 24 Time

  4. SVD Der BELLE Detektor

  5. Unterschied SVD1.6 und SVD2.0 Rbeampipe 15 mm Rbeampipe 20 mm Rlayer 1 20 mm Rlayer 1 30 mm Routside 88 mm Routside 60 mm 8+10+14=32 Ladders 6+12+18+18=54 Ladders SVD1 SVD2

  6. Wiener R/O & Trigger Elektronik R-Z Trigger R-PHI Trigger 24 input OR and analog signal input from VATA 2 x 18FADCTF

  7. B Zerfälle und das Standard Modell * VudVub 2(a) * Vtd Vtb Quark Niveau 3(g) Elektro-schwach 1(b) Vcd Vcb * Hadronen QCD/Lattice Neue Resonanzen Endzustand b-Quarks sind schwer  Vielfalt von Zerfallskanälen Reiches Feld für fundamentale SM Parameter

  8. b b W x t s,d s,d g,g,Z B Zerfälle und “Neue” Physik Experimentelle Messung gleich? SM Vorhersage Ja Nein Tieferes Verständnis Neue Physik ? Wesentlich:ANP ~ ASM(klein/verboten) Penguin + Neue Teilchen, Phase

  9. qq e- e+ Anderes B Continuum e+ e- Y (4S) - BB Signal B Kontinuums Unterdrückung Dominanter Untergrund für seltene Zerfälle: Continuum e+e-qq “Kontinuum” (~3x BB) Jet-like Zur Unterdrückung: Verwende “event shape” Variable BB sphärisch

  10. Die Standard Modell Physik bei BELLE dsb u Vud Vus Vub c Vcd Vcs Vcb t Vtd Vts Vtb B0->ππ B0->rπ B0->J/Ks B0->fKs B0->D(*) D(*) B0-> D*π B0->D*r B->DCPK CKM-Matrix {i=1,k=3}: Vub*Vud+Vcb*Vcd+Vtb*Vtd = 0 Vub*Vud Vcb*Vcd Vtb*Vtd Vcb*Vcd  + 1 + = 0 -(rih) -(1-rih) selbstkonsistent falls SM korrekt rih Unitaritäts Dreieck rih Vtb*Vtd Vcb*Vcd f2 Vub*Vud Vcb*Vcd (a) f3 f1 1 (g) (b) 0

  11. Direkte CP-Verletzung:B  Kp/pp W _ _ s/d Vtb t K/p+ W u s/d g K/p+ u u Vub 0 d B _ _ G(Bf ) - G(Bf ) p- p- d d u d d _ _ G(Bf ) + G(Bf ) ACP = 0 d B b b Vus/d Vts/d   Tree Penguin • Einfachster charmloser seltener Zerfall • Tree - Penguin InterferenzDirekte CP Verletzung Wesentliche Vorhersage des Kobayashi-Maskawa Modells Verstehen des Penguin Anomalie (Neue Physik)

  12. 275M BB ACP(B0 K+p-) _ B0 K-p+ B0 K+p- Signal: 2140 53 PRL93,191802(2004 ) ACP = -0.101  0.025  0.005 3.9sSignifikanz [PID Effizienz Biaskorrektur: dA = -0.01  0.004] Evidenz für DCPV bei Belle auch bei [A(p+p-) 3.2s]

  13. Zeitabhängige CP Asymmetrie kohärente BB Produktion Prinzip der Messung „Goldener“ Kanal B-Flavour Tagging Exklusive B Meson Rekonstruction Dt=1.6 ps Dz 200, 250 mm sin2b B  ΨKS,L B  ΨKS,L p/Dm Quark Übergang b  ccs

  14. Indirekte CP Verletzung:Mixing und/oder • Tree - Penguin Interferenz B0 J/y Vcb KS V*2 td B0 B0 V* J/y Vcb td Vtb KS V* Vtb td Neue Physik ? sin2f1(bgccs) = 0.685  0.032

  15. ZukünftigeUntersuchungen: Radiative und EW Penguins NEU: b→dg b→sg, sl+l- Zerfälle via FCNCBox und Penguin Diagramme b→sg • Br(b→sg) ≈ 3.5×10-4 • Br(b→sl+l-) ≈ aem×Br(b→sg) ≈ 10-6 • Neue Teilchen (via “loops”) können beträchtlichen Beitrag leisten zu Zerfallsraten und/oder Asymmetrien. • Gutes Testfeld für SM und ”jenseits” SM. b→sl+l-

  16. Analysen am HEPHY (eine herausgegriffen) K p recoil p K recoil D0 inklusiv Mass- / Vertex fit p e/µ Neuartige Methode der Rekonstruktion Laurenz Widhalm zusätzliche primäre Mesonen 3.5 GeV e+ e- 8 GeV D* D* p p D D VollständigeRekonstruktion recoil n K p p p Siehe unser Poster bei ÖPG

  17. q² Verteilung: Vergleich zu Lattice QCD Semileptonischer Formfaktor lattice calc. pole model CLEO PRL94,011802(2005) Resultate Semileptonische Zerfälle D0 pln D0 Kln Siehe unser Poster bei ÖPG

  18. LHC: Maximale Energie BsDsp, … BsJ/yf, BsJ/yh(’) BsDsK, B0D0K*0, B0pp&BsKK, … B0fKs, Bsff, ... B0rp, B0rr, … B0K*g, B0K*0l+l-, bsl+l-, Bsm+m-... Vorteile von LHC: • Riesiger bb WQ: sbb~500 mb @14 TeV (~1nb @(4S) ) • Zugang zu allen b-Hadronen: Bd,Bu, Bs, b-Baryonen und Bc Ein komplettes Program mit B Physik enthält: • Präzise Messung von B0s-B0s Mixing: Dms, DGs und Phase fs. • Präzise g(f3) Bestimmung von Prozessen nur bei “tree-level”, um mögliche NP-Beiträge herauszufiltern. • Mehrere andere Messungen von CP Phasen in verschiedenen Kanälen um Unitaritätsdreieck überzubestimmen • Suche nach Effekten der NP, die in seltenen exklusiven and inklusiven B Zerfällen auftritt

  19. Die Sensitivität zukünftiger B-Experimente FCNC sind offensichtlich stark unterdrückt: • Jede „Neue Physik“ im TeV-Bereich muss einen Mechanismus haben, der FCNC-Prozesse unterdrückt. • Ausgeprägte Flavor-Struktur auch bei niederer Energie! Abweichungen vom SM in Flavor Physik suchen! Verschiedene SUSY-Modelle haben unterschiedliche Vorhersagen für „Zeitabhängige CP-Asymmetrien“, obwohl sie ähnliches Massenspektrum haben können (etc.) Maximale Luminosität

  20. KEKB Collider Upgrade Scenario world records ! ~1010 B mesons/year !! & alsot+t- Lpeak = 1.561034cm-2s-1 Ltot = 431fb-1 (May.14, 2005) Major upgrade of KEKB & Belle (>1yr shutdown) SuperKEKB crab cavities 1.5x1034 431 fb-1 ~5x1034 ~1 ab-1 ~5x1035 ~10 ab-1 Lpeak (cm-2s-1) Lint

  21. Zusammenfassung (1) SM bisher überraschend selbst in Details erfüllt! Bestimmung der CKM-Matrix-Elemente im SM Indirekte CP-Verletzung A(t) bestimmt mit hoher Präzision sin2f1(bgccs) = 0.685  0.032 Grosse Anstrengung auch die beiden anderen Winkel zu messen (f2 und f3) Außerdem „Seitenlängen“ des Dreiecks: Dmd und Dms, sowie Vub/Vcb etc. sin2f1(bgsqq) Bedeuten andere Werte für schon „neue Physik“ oder „nur“ Penguin-Beitrag ?

  22. Zusammenfassung (2) Beträchtliche Direkte CP-Verletzung (3.9 s ) ACP (B0 K+p -) = -0.101  0.025  0.005 Asymmetrie Materie-Antimaterie im Universum ? Molekül D*0D0 = 4 Quarkzustand oder konventionelle Erklärung? Neues Gebiet: Ds- Spektroskopie etc. BELLE ist bei vielen Gebieten an vorderster Front: SUPERBELLE mit höherer Luminosität Komplementarität : LHC Superbelle

  23. Prozedur, um B Signal zu extrahieren Verwende spezielle Kinematik des U(4S) Zwei fast unabhängige VariableN MB und DE können verwendet werden -->B Meson * MB = (Ebeam)2 – (S Pi)2 DE = SEi - Ebeam * Methoden um B Signal zu extrahieren: 1) Cut auf MB und Fit an DE 2) Cut auf DE und Fit an MB 3) Zwei-dimensionaler Fit an MB und DE Verteilung 4) Falls B->P1P2P3: Cut DEund MB Box und suche resonante Strukturen in M(P1P2) Massen Verteilung.

  24. Zeitabhängige CP Asymmetrie • CP Verletzungzeigt sich ausEigenzeit DifferenzVerteilungvon zwei B Meson Zerfällen • Zeitabhängige CP Asymmetrie ACPist: • Standard Modell Vorhersage:S(ccs)= sin2f1, A(ccs)= 0S(sss)= sin2f1, A(sss)= klein

  25. D°  pen Überblick: Background Zusammensetzung D°  pmn Signal Hadronisch bkg, misidentifzierte p bkg von D°  Kln nicht-D° bkg bkg von D°  K*ln, D°  r*ln hadronisch bkg, misidentifizierte K DATA DATA Invariante Neutrinomasse2Alle Cuts außer Neutrino- masscut

  26. Christoph Schwanda

  27. Continuums Unterdrückung • To separate spherical BB events from jet-like continuum events, topological variables are used: • Second Fox-Wolfram moment • Super Fox-Wolfram • (six modified Fox-Wolfram moments, Fisher discriminant) • 3) Angle between B meson and • beam axis direction • 4) Angle between thrusts of • selected B meson particles and all other particles in event • Likelihood ratio includes all info.

  28. Prinzip der Messung BCP e-: 8.0 GeV e+: 3.5 GeV e- e+ fCP (J/yK0) (4S) bg ~ 0.425 Btag DzcbgtB ~ 200 mm Flavor tag Dz • Rekonstruiere BJ/yK0 Zerfälle • Messe Eigenzeit Differenz: Dt • Bestimme flavor von Btag • Berechne CP Asymmetry aus beiden Dt Verteilungen

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