VI. Fizyka zapachu, Macierz CKM, Łamanie CP 1
Parametryzacja Wolfensteina macierzy CKM I Łamanie CP 2
3
4
Trójkąt unitarności 5
6
7
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
V ub CLEO i inni 10
Rozpady semileptonowe ekskluzywne 11
12
Mieszanie w sektorze K 0 i B 0 13
Mieszanie D 0 -D 0 bar 14
BELLE 2007 15
Mieszanie D 0 -D 0 bar (2) 16
BABAR 2007 17
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 2011 18
LHCb 2011 19
LHCB 2011 20
LHCb 2011 21
22
23
24
LHCb2011 25
LHCb 2011 26
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) 10-12 MeV S=(0.8953±0.0006) 10-10 s L=(5.18±).04) 10-8 s B 0 d 0 B d H-L= (3.304±0.046) 10-10 MeV 0.771±0.012 B B 0 0 s s H-L= (3.304±0.046) 10-10 MeV D D 0 0 27
Oscylacje B 0 28
Belle Experiment r. akad. 2011/2011 1.3 million B B pairs / day 29
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
CPV w rozpadach r. akad. 2011/2011 275M 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 = -0.101 0.025 0.005 3.9s A CP t A CP = -0.133 0.030 0.009 4.2s s u u K p p ) 1.8 10 Belle BaBar 2006 ( K p ) 0.093 0.015 31
Lamanie CP w sektorze B 32
33
34
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
B 0 J/ K S 0 _ B 0 tag B 0 tag B 0 J/ K L r. akad. 2011/2011 0 B _ 0 tag B 0 tag A CP (Dt) = -x CP sin2βsindmdt sin2β= +0.643 ±0.038 sin2β= +0.641 ±0.057 sin2β= 0.642 ±0.031 (stat) ±0.017 (syst) hep-ex/0608039 36
B 0 J/ K 0 : 535 10 6 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/0608039 37
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 = [83 +12 ] -23 g/f 3 = [62 +38 ] - B 0 p p, p, B D 38 (*) (*)
sin2b=0.675±0.026 bezpośrednie pomiary sin2b vs V ub / V cb sin2b =0.764± 0.039 pośredni pomiar (pozostałe pomiary bez sin2b) V ub @ 7.4% Exp. stat 2.2% Exp. syst 2.7% SM Fit r. akad. 2011/2011 UTfit collaboration: http://utfit.roma1.infn.it, hep-ph/0605213 Teor. (SF) 4.1% Teor. (inne) ~5% 39
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
A CP (B Kp) r. akad. 2011/2011 + + + B + B + p u u u u + p A CP (B 0 K + p - ) = -0.095 0.013 7 s A CP (B + K + p 0 ) = 0.04 0.04 niezgodność z A CP (B 0 K + p - ) Czy niezgdność z MS? 4.9 s 41
Jak się pozbyć niepewności hadronowych r. akad. 2011/2011 1. 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
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
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
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
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 + + + ++ ++ ++ 46 ++: duże, +: znaczne, -: małe
SuperKEKB vs LHCb r. akad. 2011/2011 B(B s gg) < 0.53 10-4 (90% CL) < 2 fb -1 (3 dni naświetlań @ 47
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 10 34 /cm 2 /sec KEKB Belle Mt. Tsukuba od 1999 r. ~1 km in diameter 48
POMIAR R B =BR(Z 0 B BBAR) W LEPIE 49
Oznaczanie dżetów b za pomocą detektorów wierzchołka r. akad. 2011/2011 50
VTX detectors 51
Poszukiwanie wtórnego wierzchołka 52
Oznaczanie dżetów b 53
Metoda pomiaru R b i R c 54
Metoda pomiaru R b i R c 55
Metoda pomiaru R b i R c 56
Metoda pomiaru R b i R c 57
Wynik R b i R c Antykorelacja dwóch mierzonych wielkości 58