r. akad. 2011/2011 VI. Fizyka zapachu, Macierz CKM, Łamanie CP

Transkrypt

1 VI. Fizyka zapachu, Macierz CKM, Łamanie CP 1

2 Parametryzacja Wolfensteina macierzy CKM I Łamanie CP 2

3 3

4 4

5 Trójkąt unitarności 5

6 6

7 7

8 Najlepiej wyznaczone z inkluzywnych rozpadów semileptonowych b: CLEO w Cornell (upsilon 4S) V cb i V ub e e b b lx l'x' 8

9 9

10 V ub CLEO i inni 10

11 Rozpady semileptonowe ekskluzywne 11

12 12

13 Mieszanie w sektorze K 0 i B 0 13

14 Mieszanie D 0 -D 0 bar 14

15 BELLE

16 Mieszanie D 0 -D 0 bar (2) 16

17 BABAR

18 Mieszanie D 0 -D 0 bar (3) Na poziomie 3-4 odchyleń standardowych zaobserwowano mieszanie w układzie D 0 LHCb zaobserwowało łamanie CP w sektorze cząstek powabnych w

19 LHCb

20 LHCB

21 LHCb

22 22

23 23

24 24

25 LHCb

26 LHCb

27 Parametry mieszania neutralnych mezonów r. akad. 2011/2011 Układ Δm =1/Γ x=δm / Γ y= ΔΓ / Γ K K 0 0 L-S= (3.483±0.006) MeV S=(0.8953±0.0006) s L=(5.18±).04) 10-8 s B 0 d 0 B d H-L= (3.304±0.046) MeV 0.771±0.012 B B 0 0 s s H-L= (3.304±0.046) MeV D D

28 Oscylacje B 0 28

29 Belle Experiment r. akad. 2011/ million B B pairs / day 29

30 OBSERWACJA FAZY MACIERZY CKM r. akad. 2011/2011 Co najmniej dwie amplitudy: B f porównywalnej wielkości efekty znacznie słabsze gdy A 2 << A 1 30

31 CPV w rozpadach r. akad. 2011/ M BB lipiec 2004 A CP B 0 b d ( B ( B W - V ub f ) ( B f ) ( B ( B 0 K - p +? ) = (B 0 K + p - ) f ) f ) u d s u _ B 0 K p K p A CP Br( B 0 ( B ( B K B b 0 d W - f ) ( B f ) ( B d B 0 K p f ) 2 A 1 A 2 sing sin f ) 5 A CP = s A CP t A CP = s s u u K p p ) Belle BaBar 2006 ( K p )

32 Lamanie CP w sektorze B 32

33 33

34 34

35 Jak mierzyć d /dt r. akad. 2011/2011 t =0 B 0 At t=0 we know this meson is B 0 B 0 Dz = Dt gbc rec K s (4S) bg =0.425 B 0 tag l (e-, m -) B 0 b d W l l The two mesons oscillate coherently : at any given time, if one is a B 0 the other is necessarily a B 0 In this example, the tag-side meson decays first. It decays semi-leptonically and the charge of the lepton gives the flavour of the tagside meson : l = B 0 l = B 0. Kaon tags also used. Dt picoseconds later, the B 0 (or perhaps it is now a B 0 ) decays. 35

36 B 0 J/ K S 0 _ B 0 tag B 0 tag B 0 J/ K L r. akad. 2011/ B _ 0 tag B 0 tag A CP (Dt) = -x CP sin2βsindmdt sin2β= ±0.038 sin2β= ±0.057 sin2β= ±0.031 (stat) ±0.017 (syst) hep-ex/

37 B 0 J/ K 0 : par BB r. akad. 2011/2011 B 0 J/ K S 0 0 B 0 J/ K L N sig = 7482 Purity 97 % CP odd N sig = 6512 Purity 59 % CP even hep-ex/

38 2006: BaBar + Belle r. akad. 2011/2011 TRÓJKĄT UNITARNOŚCI CPV ~O(1)! faza CKM wyznaczona bez niepewności hadronowych (w przeciwieństwie do ε, ε z rozpadów kaonów) (1s) a/f 2 = [ ] -23 g/f 3 = [ ] - B 0 p p, p, B D 38 (*) (*)

39 sin2b=0.675±0.026 bezpośrednie pomiary sin2b vs V ub / V cb sin2b =0.764± pośredni pomiar (pozostałe pomiary bez sin2b) V 7.4% Exp. stat 2.2% Exp. syst 2.7% SM Fit r. akad. 2011/2011 UTfit collaboration: hep-ph/ Teor. (SF) 4.1% Teor. (inne) ~5% 39

40 Czego się dowiedzieliśmy? r. akad. 2011/2011 Zaobserwowano różne przejawy łamania CP w rozpadach B, przewidywane przez mechanizm Kobayashiego-Maskawy łamanie CP wprost łamanie CP poprzez interferencję mieszania i rozpadów Asymetrie CP w sektorze B są duże (O(0.1) O(1)) duża wartość fazy odpowiedzialna za CPV ustalona doświadczalnie przybliżona symetria CP (mogła być zgodna z CPV w rozpadach kaonów) jest wykluczona Pomiary z fabryk B nadokreślają Trójkąt Unitarności Model łamania CP Kobayashiego-Maskawy jest sprawdzoną teorią 40

41 A CP (B Kp) r. akad. 2011/ B + B + p u u u u + p A CP (B 0 K + p - ) = s A CP (B + K + p 0 ) = niezgodność z A CP (B 0 K + p - ) Czy niezgdność z MS? 4.9 s 41

42 Jak się pozbyć niepewności hadronowych r. akad. 2011/ Uprościć np. A CP (Dt) w rozpadach z przejściem b s (fk, h K, ) 2. Unikać hadronów rozpady leptonowe, półleptonowe, radiacyjne B mm, B, B D, b sg, B (,ω)g, b sll 3. Jedno i drugie A CP w b sg A FB w B K*ll A CP ( t) x sin2f sin( Dm t) CP d 42

43 A CP (t) w B 0 g h'k 0 r. akad. 2011/2011 _ 535M BB _ 347M BB pierwsza obserwacja tcpv (5.6s) w pojedynczym kanale b g s 43

44 Model Standardowy A CP (Dt) 0 foton jest spolaryzowany B 0 s g L, B 0 s g R stany końcowe różne dla B 0 i B 0 B 0 s g L tłumione ~m s /m b A CP (Dt) B X s g b b m b m s m b m s A CP (Dt) b sg L sg R t r. akad. 2011/2011 g C 7 s W A CP (t) potrzebny wierzchołek rozpadu B profil wiązki trajektoria K p p s B vertex IP g g s 100 mm, s 5 mm, s 3 mm, x y z pomiar dla super-fabryk B 44

45 Rozpady leptonowe B B r. akad. 2011/2011 Diagram anihilacyjny W Modelu Standardowym: b Br =Br SM b m r, r = 1- m 2 B H H 2 H t 2 tan β 2 H + Br( )=1.6x10-4 Br(m )=7.1x10-7 Br(e )=1.7x10-11 Penguin Box Annihilation f B stała rozpadu B g, Z b W t W Wiele różnych procesów s W W u s 45

46 Identyfikacja Nowej Fizyki r. akad. 2011/2011 Odchylenia od Modelu Standardowego SUSY models Observables msugra SU(5)SUSY GUT + R (degenerate) SU(5)SUSY GUT + R (nondegenerate) U(2) Flavor symmetry Bdunitarity e D m(bs) B->fKs B->Msg indirect CP DNA identification of new physics b->sg direct CP msugra (moderate tan b) msugra ( large tan b) SU(5) SUSY GUT with n R Effective SUSY KK graviton exchange Universal extra dimensions Split fermions in large extra dimensions Universal extra dimensions B d unitarity CP B Rare decays Time-dependent violation Other signals : duże, +: znaczne, -: małe

47 SuperKEKB vs LHCb r. akad. 2011/2011 B(B s gg) < (90% CL) < 2 fb -1 (3 dni 47

48 The KEKB Collider r. akad. 2011/2011 SCC RF(HER) Detektor Belle 8 x 3.5 GeV 22 mrad kąt przecięcia wią ARES(LE R) Ares RF cavity źródło e + świetlność: L = 1.6 x /cm 2 /sec KEKB Belle Mt. Tsukuba od 1999 r. ~1 km in diameter 48

49 POMIAR R B =BR(Z 0 B BBAR) W LEPIE 49

50 Oznaczanie dżetów b za pomocą detektorów wierzchołka r. akad. 2011/

51 VTX detectors 51

52 Poszukiwanie wtórnego wierzchołka 52

53 Oznaczanie dżetów b 53

54 Metoda pomiaru R b i R c 54

55 Metoda pomiaru R b i R c 55

56 Metoda pomiaru R b i R c 56

57 Metoda pomiaru R b i R c 57

58 Wynik R b i R c Antykorelacja dwóch mierzonych wielkości 58