Decadimenti semileptonici del B e misura di |Vub|

Francesco GalloUniversità di Torino & INFN

XVI IFAE Torino, 14 Aprile 2004

XVI IFAE – 14/04/2004 Francesco Gallo 2

Outline

Motivazioni fisiche per la misura di |Vub| Tecniche sperimentali Misure inclusive Misure esclusive Conclusioni

|Vub| e triangolo di unitarietà

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Matrice di Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (mixing dei quark):

|Vub| pone dei vincoli sul vertice del Triangolo Unitario.

HFAG 2004:(|Vcb|) / |Vcb| 5 %

Misura precisa di |Vub| cruciale per testare il Modello Standard.

Estrazione diretta di |Vub| dai decadimenti semileptonici senza charm del mesone B

Fondo dominante da eventi semileptonici

contenenti charm

- studiare regioni limitate dello spazio delle fasi

Diversi approcci sperimentali - endpoint dello spettro del leptone (BaBar, BELLE, CLEO)

- ricostruzione cinematica del neutrino (BELLE, CLEO)

- tecnica del rinculo (BaBar)

|Vub| dai canali semileptonici

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Mx

plep

q2Vub

BR(b c l ) 60 BR(b u l )

Misure inclusive di |Vub|

Estrazione di |Vub| dal BR semileptonico inclusivo charmless: - ampiezza totale di decadimento predetta da HQET e OPE

- sviluppo in potenze di 1/mb e operatori locali relativi alle proprietà del quark b:

2 (energia cinetica) e G

2 (accoppiamento cromomagnetico con spin gluone)

- incertezze teoriche da adronizzazione, assunzione dualismo quark-adroni, massa del quark b, moto di Fermi del b nel mesone B

Estrazione di |Vub| da BR(b u l )

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Uraltsev, Int. J. Mod. Phys. A14:4641 (1999)Bigi, Dikeman, Uraltsev, Eur. Phys. J. C4:453 (1998)

Uraltsev, Hoang, Ligeti, Manohar

CKM 2002

ii ui

l

l ub

duality

duality

Endpoint dello spettro del leptone - limite cinematico per eventi con charm ( plep* > 2.3 GeV) - estrazione eventi di segnale in intervallo di momento p

- shape function (da HQET) descrive proprietà del quark b dentro il mesone B - stessa shape function (al 1° ordine) per tutte le transizioni del b in quark leggeri

- frazione fu(p) dello spettro di plep* contenuta in p

derivata dallo spettro di energia del fotone in B Xs

- estrapolazione al BR totale:

Misure inclusive: ENDPOINT (1)

fu(p) 7.4 % (2.3 < plep* < 2.6 GeV)

CLEO, PRL 88: 231803,2002

(|Vub|) / |Vub| 15 %

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De Fazio, Neubert JHEP 06, 017 (1999)

Leibovich, Low, Rothstein PRD 61, 053006 (2000)

Misure inclusive: ENDPOINT (2)

Br(B Xu e ) (10-4) |Vub| ( 10-3)

1.43 ± 0.10 ± 0.13 4.27 ± 0.24exp ± 0.17OPE ± 0.47fu ± 0.34s

1.52 ± 0.14 ± 0.14 4.43 ± 0.29exp ± 0.25OPE ± 0.50fu ± 0.35s

1.19 ± 0.11 ± 0.10 3.99 ± 0.17exp ± 0.22OPE ± 0.45fu ± 0.32s

CLEO

BaBar

BELLE

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BELLE

hep-ex/0403004

CLEOPRL 88:231803 (2002)

BaBarhep-ex/0207081

BELLEEPS HEP 2003

Ricostruzione cinematica del neutrino:

- selezione eventi con leptone di alto momento (plep* > 1 GeV)

- missing momentum ( 120 MeV) con B considerato a riposo

- BR in regione di alto q2 e bassa Mx (alta sensitività del fit)

Misure inclusive: RICOSTRUZIONE (1)

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q2 = (plep + p)2

Mx2 q2

cosWl

q2 > 11 GeV2 Mx2 < 2.25 GeV2

q2 > 11 GeV2

Mx2 < 2.25 GeV2

CLEO CLEO CLEO

|Vub| = (4.05 ± 0.18exp ± 0.58syst ± 0.25bc ± 0.21bu ± 0.56theo)10-3

(|Vub|) / |Vub| 22 %

hep-ex/0207064

Ricostruzione di Mx e q2 con simulated annealing: - selezione candidati con minore mmiss

2 e pmiss nella regione di accettanza

- algoritmo basato su simulated annealing consente la separazione dei prodotti

di decadimento dei due B per selezionare la migliore combinazione Xl - BR da eventi di segnale in Mx < 1.7 GeV2, q2 > 8 GeV2

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Simulated annealingS. Kirkpatrick et al.,

Science 220, No. 4598 (1983)

Misure inclusive: RICOSTRUZIONE (2)

|Vub| = (4.66 ± 0.28stat ± 0.35syst ± 0.17bc ± 0.08bu ± 0.58theo)10-3

(|Vub|) / |Vub| 16 %

BELLE BELLE

PRL 92, 181801 (2004)

Misure inclusive: RECOIL (1)

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Eventi con un B completamente ricostruito B di rinculo decade semileptonicamente

Selezione degli eventi: - leptone di alto momento (plep* > 1 GeV)

- Mx < 1.55 GeV (accettanza 70 % )

- mmiss2 < 0.5 GeV2, veto su K e Ks

- efficienza di ricostruzione 10-3, S/B 2

Misura del rapporto di BR: - riduzione incertezze sistematiche

- correzioni per efficienza: sel, Mx (finestra di Mx),

l (taglio su plep*), t (ricostruzione adronica del B)

B D(*) X X = n mK pKs q0

(n+m+p+q<6)

BR(B X l ) =(10.87 ± 0.18 ± 0.30)%

BaBar, PRD 67:031101 (2003)

plep* > 1 GeVNsl

Eventi di segnale estratti dal fit a Mx BR semileptonico inclusivo charmless:

Misure inclusive: RECOIL (2)

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PRL 92, 071802 (2004)

|Vub| = (4.62 ± 0.28stat ± 0.27syst ± 0.40theo ± 0.09pert ± 0.241/mb3)10-3

(|Vub|) / |Vub| 13 %

Misure inclusive di |Vub|

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Media mondiale inclusiva: - diverse tecniche sperimentali

- correlazione errori

- misure scalate ad un set comune

di parametri e relativi errori

Media calcolata solo con

risultati delle B-factories:

|Vub| = (4.57 ± 0.61)10-3

(|Vub|) / |Vub| 13 %

Misure esclusive di |Vub|

Estrazione di |Vub| dai BR esclusivi charmless

- ampiezza di decadimento differenziale con Fattori di Forma (corrente adronica)

- 1 solo Fattore di Forma necessario per decadimenti in pseudoscalari (l, l),

3 per decadimenti in pseudovettoriali (l)

- integrare su tutto il range di q2

- incertezze da normalizzazione

dei Fattori di Forma (FF)

- solo alcuni canali misurati

Estrazione di |Vub| da B (,,,,…) l

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y = q2 / MB2

Wl = angolo (W*, l)ks = impulso ,,,,…

f1(q2) = Fattore di Forma

|Vub|2 =BR(B (,,,,…) l ) / (FFB)

± l ± l

Misure esclusive: ENDPOINT

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Endpoint spettro del leptone: - selezione eventi con un leptone di alto momento (plep* > 2 GeV)

- segnale in 2.3 < plep* < 2.7 GeV, fondo Vcb in 2 < plep* < 2.3 GeV

- ricostruzione esclusiva della risonanza (e.g. 0 )

- missing momentum, estrazione segnale da fit a Mx

|Vub| = (3.64 ± 0.22stat ± 0.25syst theo)10-3+ 0.39- 0.56

(|Vub|) / |Vub| 18 %

BaBar BaBar PRL 90, 181801 (2003)

B0 e+

Ricostruzione cinematica del neutrino: - selezione eventi con un leptone di alto momento (plep* > 1 GeV)

- ricostruzione stato finale risonanza (e.g. +-0)

- missing momentum ( 150 MeV) compatibile con ipotesi neutrino

Misure esclusive: RICOSTRUZIONE (1)

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BR(B+ l+ ) = (1.3 ± 0.4stat ± 0.2syst ± 0.3fu)10-4

BELLE BELLEhep-ex/0402023

Estrazione del BR in intervalli di q2

- riduce la dipendenza del fit dai modelli

- estrazione di |Vub| su tutto il range di q2

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Misure esclusive: RICOSTRUZIONE (2)

CLEO

|Vub| = (3.32 ± 0.21stat ± 0.19syst ± 0.55l ± 0.12l ± 0.071bu)10-3

B0 - l

(|Vub|) / |Vub| 18 %

CLEO

ICHEP2002

0 4

0 4

4

(0.78 0.32 0.13 ) 10

" (0.99 0.37 0.19 ) 10

(2.20 0.92 0.57 ) 10

( )

( " )

( )

stat syst

stat syst

stat syst

B l

B l

B l

BBB

Misure esclusive: RECOIL

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”0” is +- with 0.65 < m+-< 0.95 GeV

0 0 BaBar BaBar BaBar

LP2003

Decay BaBar (10-4) BELLE (10-4) CLEO (10-4)

B0 - l+ - 1.89 0.15 0.30(2002 – Ricostruzione )

1.33 0.18 0.13(2003 – Ricostruzione )

B+ 0 l+ 0.78 0.32 0.13(2003 – Recoil)

- -

B0 - l+ 3.29 0.42 0.47 ±

0.55(2003 - endpoint)

- 2.17 0.34 + 0.47 – 0.54

(2003 – Ricostruzione )

B+ 0 l+ 0.99 0.37 0.19(2003 – Recoil)

1.44 0.18 0.23(2002 – Ricostruzione )

-

B+ l+ 2.20 0.92 0.57(2003 – Recoil)

1.3 0.4 0.2 0.3 (2004 –

Ricostruzione )-

B+ l+ - - 0.84 0.31 0.16(2003 – Ricostruzione )

Altri mesoni leggeri(,a0,a1,b1,f0,f1,h1,…) - - -

Overview dei BR esclusivi

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Misure inclusive ed esclusive di |Vub|

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B0 - l+ B0 - l+ B+ - l+

Misure inclusive

Accordo tra le misure inclusive entro gli errori

Misure esclusive al di sotto della media inclusiva

Discussioni in corso per calcolo della media esclusiva

Conclusioni

Molte misure risultano oramai limitate da incertezze sistematiche e teoriche.

Elevata luminosità raggiunta dalle B-factories rende promettente lo studio dei canali esclusivi.

- estate 2004: BaBar 200 fb-1, BELLE 250 fb-1

A breve nuovi studi dei BR di B (,,,, ’,a0,…) l

permetteranno nuove misure di |Vub| e inoltre l’estrazione

di informazioni sui fattori di forma.

|Vub| = (4.57 ± 0.61)10-3 (|Vub|) / |Vub| 13 %

BACKUP

Shape function (da LCSR) descrive smearing dello spettro osservato (a livello adronico) rispetto allo spettro a livello partonico. Al 1° ordine in QCD/mb STESSA shape function per tutte le transizioni b light quark (b s B Xs e b u l B Xu l ).

Shape Function

b s B Xs

b u l B Xu l

CONVOLUZIONE con shape function

Frazione di spettro b u l sopra 2.2 GeV:

0.13 0.03

Simulated annealing (BELLE)

Simulated annealing (BELLE)

Recoil Tecnique (BaBar)

(4S)Brecoil Breco

D*

s

DXu

l

B 0 l B 0 l B l B q l