Baldini, Beoni , Ciuchini, Dosselli, Isidori, Mussa ... · Sopra i colli di Frascati si son ieri...

Tau Charm Factory: physics case

Baldini, Be8oni, Ciuchini, Dosselli, Isidori, Mussa, Lubrano, Pedrini

Sopra i colli di Frascati si son ieri ritrovati quattro o cinque direttori con Baldini ed Isidori. Han discusso una giornata di che far a Tor Vergata han discusso con fervore del leptonico sapore. Di CP la violazione si vedra' nel D-mesone ? Di tau/charm la fattoria studia la spettroscopia ?

Che ne dite amici cari: i decadimenti rari li studiamo meglio qui o a LHCb ? Riusciremo in modo figo sotto l'egida di Ghigo a far dieci a trentacinque prima del tremilaecinque ? La risposta immantinente vuole il nostro presidente. La daremo, siate certi: dopo tutto siamo esperti !!!

Diego

Dropbox

lower statistics (~25% suppression @ nominal L and same running time)

better efficiency/lower backgrounds (running @ threshold)

Super-B vs. Tau-Charm in one slide Comparison of the most interesting (class of) observables

for probing physics beyond the Standard Model:

!  CP violation in the B system

!  Rare & semi-leptonic B decays

!  CPV in the charm system

!  LFV τ decays

Super-B @ 1036 cm-2s-1 Tau-Charm @ 1035 cm-2s-1

!  CP violation in the B system

!  Rare & semi-leptonic B decays

!  CPV in the charm system

!  LFV τ decays

Physics case

20 Dec 2012 Tau Charm Factory 5

Ø  D0-‐D0bar mixing

Ø  CP violaGon nei decadimenG del charm

Ø  DecadimenG rari e proibiG nei decadimenG del charm

Ø  LFV (Lepton Flavor ViolaGon)

Ø  CP violaGon nei decadimenG del τ

Ø  Charmonium

Ø  sin2θW

Ø  Form factors, g-‐2,…

Perche` il Charm?


Ø  i contribuG “short distance” dello SM nei decadimenG rari del charm sono estremamente piccoli a causa del “GIM mechanism” e molte reazioni sono dominate da effeX “long distance”

Ø  è proprio perché i rate dello SM sono così piccoli che il charm fornisce una opportunità unica per invesGgare effeX di NP

(in generale NP dovrebbe cambiare i rates delle FCNC), sopratu8o nei processi con violazione di CP, dove i contribuG di "long-‐distance" dello SM sono soppressi. Ø  invesGgazione complementare a quella condo8a nello studio dei

decadimenG rari nel se8ore “down” (unicità del charm: il top quark non adronizza ed il π0 non può

oscillare)

CHARM 2012 A. Bogomyagkov (BINP), Tau Charm Factories 7

Pseudoscalar meson mixing formalism


D0-‐D0bar mixing diagrams


da “Charm Meson Mixing: An Experimental Review” arXiv:1209.5806v1

Meson mixing


da “Charm Meson Mixing: An Experimental Review” arXiv:1209.5806v1

Of the four lowest-‐lying neutral pseudoscalar meson systems, the D0-‐D0bar system shows the smallest mixing. In the K0 system, both|x| and |y| are both of order 1; in the D0 system, |x| and |y| are both of order 1%; in the B0 and Bs systems, |x| ≫ |y| .

Blue line: probabilita` di avere P0 al tempo t partendo da P0 a t=0. Red line: probabilita` di avere P0bar al tempo t partendo da P0 a t=0.

12

CP violation Three types of CP violation in Meson Decays: •  CP violation in mixing (indirect CPV):

•  CP violation in decay (direct CPV):

•  CP violation in the interference between decays with and without mixing:

))(())(())(())((

00

00

XltDXltDXltDXltD

Aphysphys

physphysSL νν

νν−+

−+

→Γ+→Γ

→Γ−→Γ=

)()()()(

−−++

−−++

→Γ+→Γ

→Γ−→Γ=± fDfD

fDfDAf

))(())(())(())((

00

00

CPphysCPphys

CPphysCPphysf ftDftD

ftDftDA

CP →Γ+→Γ

→Γ−→Γ=

[Yosef Nir, Lecture at SLAC Summer Inst.,hep-ph/9911321]

While there is no evidence so far of CPV in mixing, a ~4σ evidence of direct CPV has been observed in the single-Cabibbo-suppressed (SCS) decay modes.

Result largely unexpected: above most SM predictions, but not large enough to claim clear evidence of New Physics Key to resolve the issue: more measurements of CPV asymmetries in other SCS channels (possibly including neutrals and radiative modes)

ΔaCP = aCP(K+K-) - aCP(π+π-) = (0.67 ± 0.16)%

Reference sensitivity of future experiments on direct CPV: errors < 10-3

KK and ππ asymm. equal and opposite in the SU(3) limit: aCP(PP)~ 0.3% → errors below 0.1% to establish a non-zero value on the individual modes. ( )

Considerazioni sul numero di evenG di ccbar prodoX


Experiment L int (sGmata al 2020)

σ ccbar ε rec N(D0 -‐>K-‐π+)

LHCb 10 u-‐1 1.8 mb 2% 9 x 109

BELLE II 36 ab-‐1 1.3 nb 50% 6 x 108

BES III 20 u-‐1 3.6 nb(D0D0bar)

50% 1.4 x 106

TauCharm 1ab-‐1 3.6 nb(D0D0bar)

50%

7 x 107

Precisione sGmata per i parametri del D0-‐D0 mixing alla fine del 2020


Parameter LHCb (10C-‐1)

BELLE II (36ab-‐1)

BES III (20 C-‐1)

Tau-‐Charm (1 ab-‐1)

WS/RS Kπ: (x’2D,y’D) 2 x 10-‐5, 2 x 10-‐4 2.5x10-‐5, 5 x 10-‐4

WS/RS Kμν: rM 1 x 10-‐6 4.7 x 10-‐5

WS/RS Kμν: |p/q|D 2 x 10-‐2 6 x 10-‐2 6 x 10-‐2

Φ[degree] 6° 3° 4°

D*+-‐>D0(Ksππ)π+: xD,yD 3 x 10-‐4, 2 x 10-‐4

D*+-‐>D0(KK)π+: AΓ 8 x 10-‐5 5 x 10-‐4

D*+-‐>D0(KK)π+: yCP 8 x 10-‐5 6 x 10-‐4

x 3 x 10-‐4 1 x 10-‐3 6 x 10-‐4

y 2 x 10-‐4 5 x 10-‐4 4 x 10-‐4

Nota: molte di queste misure saranno limitate dalla sistemaGca. Le sGme presentano una incertezza di 2-‐3

Precisione sGmata per le asimmetrie CP alla fine del 2020




BES III (20 C-‐1)


D*+-‐>D0(KK)π+: ACP 2 x 10-‐4 6 x 10-‐4 8 x 10-‐4

D*+-‐>D0(ππ)π+: ACP 3 x 10-‐4 8.5 x 10-‐4 1 x 10-‐3

D*+-‐>D0(KK,ππ)π+: ΔACP 3 x 10-‐4

D*+-‐>D0(Ksπ)π+: ACP 6 x 10-‐4 7 x 10-‐4

D*+-‐>D0(KKππ)π+: AT 5 x 10-‐4

D+-‐>KsK+: ACP 2 x 10-‐4 1 x 10-‐4 5 x 10-‐4

D+-‐>K-‐K+π+: ACP 1 x 10-‐4 4 x 10-‐4 2.5 x 10-‐4

D+-‐>π-‐π+π+: ACP 2 x 10-‐4


Precisione sGmata per i parametri del D0-‐D0 mixing alla fine del 2025





BES III (20 C-‐1)


WS/RS Kπ: (x’2D,y’D) 1 x 10-‐5, 1 x 10-‐4 1.5x10-‐5, 3x 10-‐4

WS/RS Kμν: rM 0.5 x 10-‐7 4.7 x 10-‐5

WS/RS Kμν: |p/q|D 1 x 10-‐2 4 x 10-‐2 2 x 10-‐2

Φ[degree] 3° 2° 1.5°

D*+-‐>D0(Ksππ)π+: xD,yD 1.5 x 10-‐4, 1 x 10-‐4

D*+-‐>D0(KK)π+: AΓ 4 x 10-‐5 3 x 10-‐4

D*+-‐>D0(KK)π+: yCP 4 x 10-‐5 4 x 10-‐4

x 1.5 x 10-‐4 6 x 10-‐4 2 x 10-‐4

y 1 x 10-‐4 3 x 10-‐4 1.5 x 10-‐4

LHCb: 5u-‐1 per year BELLE II: 12 ab-‐1 per year Tau-‐Charm: 1.5 ab-‐1 per year

Precisione sGmata per le asimmetrie CP alla fine del 2025




BES III (20 C-‐1)


D*+-‐>D0(KK)π+: ACP 1 x 10-‐4 4 x 10-‐4 3 x 10-‐4

D*+-‐>D0(ππ)π+: ACP 1.5 x 10-‐4 5 x 10-‐4 4 x 10-‐4

D*+-‐>D0(KK,ππ)π+: ΔACP 1.5 x 10-‐4

D*+-‐>D0(Ksπ)π+: ACP 4 x 10-‐4 2.3 x 10-‐4

D*+-‐>D0(KKππ)π+: AT 2.5 x 10-‐4

D+-‐>KsK+: ACP 1 x 10-‐4 6 x 10-‐5 1.8 x 10-‐4

D+-‐>K-‐K+π+: ACP 5 x 10-‐5 2.5 x 10-‐4 9 x 10-‐5

D+-‐>π-‐π+π+: ACP 1 x 10-‐4

LHCb: 5u-‐1 per year BELLE II: 12 ab-‐1 per year Tau-‐Charm: 1.5 ab-‐1 per year


Charm forbidden and rare decays


In realtà 500 C-‐1

LFV in τ decays

The search for LFV in charged leptons is strongly motivated: !  Neutrino oscillations => Lepton Flavor Violation

!  No problems of SM (and SM + ν) backgrounds

!  LFV in charged leptons at “visible rates” if there are new particles carrying lepton flavor not too far from the TeV scale (as in most realistic NP models)

LFV in τ decays

The search for LFV in charged leptons is strongly motivated: !  Neutrino oscillations => Lepton Flavor Violation

!  No problems of SM (and SM + ν) backgrounds

!  LFV in charged leptons at “visible rates” if there are new particles carrying lepton flavor not too far from the TeV scale (as in most realistic NP models)

So far, the best limit in most realistic models is set by BR(µ→eγ)exp < 2.4×10-12

eLσμ ν μR ϕFμ ν

_ cµe

Λ2

Λ > 2×105 TeV × (cµe)1/2

2 4 2 B(µ → eγ) ~ 10-13

tanβ 10

0.5 TeV m

(δLL)12

10-4 ~

Generic tree-level: [ up to 105 TeV]

Motivated SUSY models: [~ TeV scale]

[MEG 2011] The scales of new physics probed by LFV can be extremely high [large variation depending on the effective couplings]:

LFV in τ decays

The most promising LFV channel in τ decays is τ → µγ.

Clean connection to µ → eγ depending only on the ratio of the corresponding flavor-mixing couplings:

BR(τ→µγ) = BR(µ → eγ) BR(τ→µνν) BR(µ→eνν)

cτµ cµe

2

< 2.4×10-12 0.17

cτµ cµe

Vtb Vtd

= < 5×10-9

< 1×10-11

[CKM-type hierarchy]

[PMNS-type hierarchy]

BR(τ→µγ) < 4.4×10-8 90% CL [Babar, 0.5 ab-1] BR(τ→µγ) < 4.5×10-8 90% CL [Belle, 0.5 ab-1] Present experimental bounds:

The natural benchmark for future searches of τ→µγ is a SES of 10-9

cτµ cµe

U23 U13

=

LFV in τ decays

The most promising LFV channel in τ decays is τ → µγ.

Clean connection to µ → eγ depending only on the ratio of the corresponding flavor-mixing couplings:

BR(τ→µγ) = BR(µ → eγ) BR(τ→µνν) BR(µ→eνν)

cτµ cµe

2

< 2.4×10-12 0.17

The natural benchmark for future searches of τ→µγ is a SES of 10-9

BR(τ→µγ) < 4.4×10-8 90% CL [Babar, 0.5 ab-1] BR(τ→µγ) < 4.5×10-8 90% CL [Belle, 0.5 ab-1] Present experimental bounds:

TCF [1035 cm-2s-1] → 3×109 τ's / yr [=107 s]

109 τ's × experiment

cτµ cµe

Vtb Vtd

= < 5×10-9

< 1×10-11

[CKM-type hierarchy]

[PMNS-type hierarchy]

cτµ cµe

U23 U13

=

LFV in τ decays

E.g.: Supersymmetric model based on minimal breaking of U(3)5 flavor symmetry (parameter scan consistent with present LHC bounds on sparticle masses)

BABAR bound

Blankenburg, Isidori, Jones-Perez, 2012

Present MEG bound

Considerazioni sul numero di evenG di τ+τ-‐ prodoX


1)  at √s = 3.69 GeV σ ee-‐>ττ ≅ 2.4 nb 2)  at √s = 4.25 GeV σ ee-‐>ττ ≅ 3.5 nb 3)  at √s = 10.58 GeV σ ee-‐>ττ ≅ 1 nb

BES III (L=1033 cm-‐2s-‐1) ≅ 3 x 107 τ τ events per year Tau-‐Charm (L=1035 cm-‐2s-‐1) ≅ 3 x 109 τ τ events per year BELLE II (L=8 x 1035 cm-‐2s-‐1) ≅ 8 x 109 τ τ events per year [Snowmass year = 107 s]

LFV from τ →µ γ Eγ in ISR ττγ background is lower than Eγ for τàµγ when the machine is operated at Ecm =4.2 GeV . It has been well simulated in the study for SuperCTau at BINP

Eγ (CMS) from τàµγ and ISR(ττγ)

s =10.58GeV

Υ(4s) s =5.0GeV

s =4.25GeV

maximum σ=3.6nb s =4.0GeV

H.Hayahii 2008

26 M.A.Giorgi

LFV: τ


Ø  sGme di BELLE-‐II [50ab-‐1]: B(τ-‐>μγ) < 5 x 10-‐9, B(τ-‐>μμμ) < 1 x 10-‐9 Ø  sGma migliore di SuperB (75ab-‐1) con polarizzazione: B(τ-‐>μγ) < 1 x 10-‐9 Ø  prima sGma Tau-‐Charm: B(τ-‐>μγ) < 1 x 10-‐9, possibile forte riduzione

del background ineliminabile alle Super B factories

28

The XYZ's: Charged charmonia New vector states (hybrids?) Other C=+ seen in B-factories Other C=+ seen in CDF & CMS

La rinascita di interesse sulla spettroscopia del charmonio e' dovuta in gran parte alle scoperte delle B factories, che dopo aver trovato quasi tutti gli stati attesi sotto le soglie di charm aperto (mancano solo la 3D3 e la 1D2), hanno scoperto parecchi stati, cosiddetti XYZ, non facilmente interpretabili come stati cc. La maggioranza dei nuovi stati ha M>4 GeV. A 3.77 GeV, sarebbe possibile studiare solo le transizioni soppresse ai charmonia stretti. Nessuna prospettiva di studiare la dinamica degli XYZ. A 4.04 GeV, e' possibile esplorare eventuali transizioni radiative alla X(3872), alla ηc(3S) e agli stati in onda 2P. Per studiare I nuovi stati vettoriali, capaci di grandi transition rates agli stati stretti, e' necessario prendere dati sopra 4.2 GeV.

Spettroscopia dei charmonium-like

29

CLEO-c and BESIII data sets at 3.77 GeV: BESIII data sets above 4 GeV: 2011 runs: 0.477 fb-1 at 4.04 GeV 2012-2013 plans: 0.5 fb-1 at 4.26 GeV 0.5 fb-1 at 4.36 GeV 8 pts , 25 pb-1 scan (E = 3.81, 3.87, 3.95, 4.05, 4.09,4.15,4.19, 4.31 GeV)

30

Luminosity budget: wishlist per non dimenticare la QCD Per consentire alla tau charm factory di diversificare il proprio programma di ricerca, sarebbe meglio prevedere da subito una frazione di luminosita dedicata allo studio della QCD. Oltre ai punti a,b,c,d, sarebbe opportuno allocare un 15% della presa dati ai punti e,f,g,h,k: a) ψ' : 50 fb-1, 32G events Calibrazioni, studi dei charmonia stretti, αs da γgg/ggg in ψ decays b) ψ(3770): 400 fb-1

c) ψ(4040): 300 fb-1

d) ψ(4170): 200 fb-1

e) Scan 3.9-4.4: 50 fb-1 100 punti da 0.5 fb-1; 5 MeV steps; 2 mesi se L=2*1034

Fine tuning del Coupled Channel Model, anomalie f) Scan delle soglie: DD*,D*D*,DsDs*,Ds*Ds* 8 additional points con 2.5 MeV steps vicino alle 4 soglie g) Y(4260): 25 fb-1; studio su hybrid charmonia h) Y(4360): 25 fb-1; studio su hybrid charmonia k) Continuum scan: 10 fb-1 ; E=3.0,3.2,3.4,3.6 GeV; misura di αs

Precision Electroweak

31

•  sin2θW can be measured with polarised e− beam

Measure LR asymmetry in

Physics case: riassunto


Ø  D0-‐D0bar mixing: a LHCb e BELLE II, precisioni O(10-‐4) per x ed y, 1% per |q/p|. Teoria: O(10-‐4), 1%.

Ø  CP violaGon nei decadimenG del charm: a LHCb e BELLE II precisioni O(10-‐4). Problema di metodologia a LHCb (intrinseca asimmetria di produzione). Teoria: SES < 10-‐3.

(qualche possibilita` con gli staG finali con neutri per una Tau-‐Charm Factory, ma difficilmente si arrivera` so8o 1% per il decadimento D0-‐>π0π0 che perme8erebbe un’analisi in Isospin)

Ø  DecadimenG rari e proibiG nei decadimenG del charm: a LHCb,

meglio alle macchine adroniche. Siamo già a Br(D0-‐>μμ)< 1.3 x 10-‐8. Possibilità di studiare D0-‐>γγ a TauCharm.

Physics case: riassunto


Ø  LFV (Lepton Flavor ViolaGon): BELLE II, precisioni ≈ 5 x 10-‐9. SuperB (75ab-‐1) avrebbe fa8o meglio con la polarizzazione: 1x10-‐9

SGma TauCharm≈1 x 10-‐9. Teoria: 10-‐9 e` un range interessante.

Ø  CP violaGon nei decadimenG del τ: BELLE II, piu` evenG per anno.

Ø  Charmonium: a BES-‐III e BELLE II. Alla 3770 nessuna prospeXva di studiare la dinamica degli XYZ. Alla 4040 GeV e' possibile esplorare eventuali transizioni radiaGve alla X(3872), alla ηc(3S) e agli staG in onda 2P.

Ø  sin2θW con fasci polarizzaG (e−): Tau-‐Charm puo` determinare un punto a bassa energia √s ≈ 4GeV .

BELLE-‐II (con ≈ 10 ab-‐1 ovvero ≈ 1010 evenG, possibilita` di fare una misura staGsGca FB non LR), sGma precisione 3x10-‐4 a √s ≈ 10 GeV.

e le altre Tau-‐Charm Factory previste?

Tau Charm 34 20 Dec 2012

Turkic Accelerator Complex (TAC)

•  Linac-‐ring type charm factory L= 1.4×1035 cm-‐2 sec-‐1

•  Detector to search for charm physics: – CP violaGon and mixings of D0-‐mesons – new physics effects in the rare decays.

•  Synchrotron light source based on positron ring

•  Free electron laser based on electron linac


TAC charm factory parameters


Parameter e-‐-‐linac e+-‐ring Energy, GeV 1.00 3.56 ParGcles per bunch, 1010 2 20 β funcGon at IP, mm 80/5 80/5 σx/σy/σz, µm/µm/mm 36/0.5/5 36/0.5/5 Beam current (A) 0.48 4.8 Circumference, m 600 Crossing angle, mrad 34 Collision frequency, MHz 150 Luminosity, cm-‐2s-‐1 1.4×1035

TAC Super Charm Factory


TAC Super Charm Factory plans

•  The TAC SCF was presented to ECFA 2011 as a cornerstone of the TAC project in terms of its originality and compeGGveness. In order to gain more experience on the accelerator and detector and data analysis issues, they do consider to collaborate within the global projects on flavor factories.

•  In 2011, they have joined BES III collaboraGon facilitated in Beijing China.

•  A technical report of SCF@TAC will be completed in 2013.


Super-‐c-‐tau in Novosibirsk

•  E = 700 – 2500 MeV •  Round beams L = 1034 cm-‐2s-‐1

•  MonochromaGzaGon L ~ 1032 cm-‐2s-‐1

•  Long. PolarizaGon L ~ 1034 cm-‐2s-‐1

•  Transverse polarizaGon for precise energy calibraGon


Super-‐c-‐tau: general •  Two rings with CRAB waist

–  Single interacGon point •  L = 1035 cm-‐2s-‐1 at 2 GeV

–  Preserving emi8ance and damping Gmes through the whole energy range to opGmize the luminosity

–  Sub-‐mm βy at IP •  Electrons are polarized longitudinally

–  Polarized electron source –  2.5 GeV full energy linac –  5 Siberian snakes to obtain the longitudinally polarized electrons for

the whole energy range •  to study τ at threshold •  to study Λc baryons

•  Variable energy Ecm= 3 ÷ 4.5 GeV (from J/ψ to charm barions) •  Energy calibraGon with medium accuracy (Compton backsca8ering

(5 ÷ 10)×10-‐5)


Super-‐c-‐tau: facility arGst view


Super-‐c-‐tau: conclusion •  The laXce, meeGng all main requirements is ready. •  FF key element, twin-‐aperture SC quadrupole prototype is being manufactured.

•  Prototype of the damping wiggler is ready. •  Civil construcGon is under way.

–  injecGon facility is under commissioning, tunnels for linac and injecGon lines are ready, bulk of the facility soluGons are based on exisGng wares and technologies.

•  Detailed machine design and beam dynamics simulaGon is in progress.

•  Project is being considered in government commi8ee.


Conclusioni •  Esaminando più in de8aglio le varie misure la macchina da costruire sarebbe

una Super Flavor Factory, Gpo SuperB, NON una Tau-‐Charm Factory (so8oinsieme del programma di fisica)



una Super Flavour Factory, Gpo SuperB, NON una Tau-‐Charm Factory (so8oinsieme del programma di fisica)

•  La Fisica è interessante, ma la maggior parte delle misure possono essere effe8uate in altri esperimenG con precisione paragonabile (“weak physics case” per la costruzione di una macchina)





•  In realtà non esiste un singolo compeGtor, ma la concomitanza nel 2020 di LHCb, BELLE-‐II e BES-‐III rende la Tau-‐Charm Factory non prioritaria





•  In realtà non esiste un singolo compeGtor, ma la concomitanza nel 2020 di LHCb, BELLE-‐II e BES-‐III rende la Tau-‐Charm Factory non prioritaria

•  Tu8avia in 5 anni (alla luminosità di proge8o) una Tau-‐Charm Factory potrebbe diventare compeGGva e contribuire in modo significaGvo alla ridondanza delle misure delle eventuali anomalie trovate nello SM


20 Dec 2012 Tau Charm 47

Tau-‐Charm Factory

BES III

Referenze •  “SuperB-‐Progress Reports–Physics”, arXiv:1008.1541v1, 9 Aug 2010 •  “Physics at Super B Factory”, Feb 11 2010, h8p://belle2.kek.jp/physics.html •  “ImplicaGons of LHCb measurements and future prospects”,

arXiv:1208.3355v2, 28 Nov 2012 •  “Physics at BES-‐III”, arXiv:0809.1869v1, 10 Sep 2008

•  Inoltre si e` tenuto conto dei talks presentaG a CHARM 2012 h8p://www.phys.hawaii.edu/charm2012/ •  e delle informazioni avute dai colleghi di SuperB durante il recente

(Dicembre 2012) meeGng di collaborazione ai LNF


Backup slides

Tau Charm 49 20 Dec 2012

from HFAG page: D0-‐D0bar mixing


NotaVon: The mass eigenstates are denoted D 1 ≡ p|D0> + q|D0bar> and D 2 ≡ p|D0> − q|D0bar>; δ and δKππ are strong phase differences between D0 → f and D0bar → f amplitudes, and φ is the weak phase difference Arg(q/p). We define δ ≡ δ D0 → Kn(π) − δ D0bar → Kn(π). The mixing parameters are defined as x ≡ (m2 − m1)/Γ and y ≡ (Γ2 − Γ1)/(2Γ), where Γ = (Γ1 + Γ2)/2. Our convenGon is (CP)|D0> = −|D0bar> and (CP)|D0bar> = −|D0>; thus, in the absence of CP violaGon, x = (mCP+ − mCP−)/Γ and y = (ΓCP+ − ΓCP−)/(2Γ). Experimental Observables: From all experiments there are 38 observables. TheoreVcal Parameters: Allowing for CP violaGon, there are 10 underlying parameters: x, y, δ, δKππ, RD, AD, Aπ, AK, |q/p|, and Arg(q/p) = φ. The first two parameters govern mixing; the next two are strong phases; R D is the raGo Γ(D0→ f)/Γ(D0 → f); the next three are direct CP-‐violaGng asymmetries for D0 → K+ π−, D0 → π+ π−, and D0 → K+ K−, respecGvely; and the last two are indirect CP-‐violaGng parameters.

from HFAG page: D0-‐D0bar mixing


The relaGonships between these parameters and the measured observables are given here. The observables appear in blue (on the le� sides of the equaGons), the underlying parameters in magenta (on the right sides), and intermediate variables in black.



LHCb: Lint = 5 u-‐1 per year (luminosita` aspe8ata dopo il 2018) hanno gia` raccolto 1 u-‐1 @ √s = 7 TeV

2 u-‐1 @ √s = 8 TeV sGma ragionevole per il 2020 Lint = 10 C-‐1

σccbar≅1.8 mb (1 mb misurata in LHCb acceptance x 1.8 per √s = 14 TeV) assumendo εD0 ≈ 2%, con frac(D0) ≈ 0.6 e Br(D0-‐>K-‐π+) ≈ 0.04 N(D0-‐>K-‐π+)untagged ≈ Lint x σccbar x frac(D0) x Br x εD0 ≈ 9 x 109



BELLE II: L = 8 x 1035 cm-‐2 s-‐1 at √s = 10.58 GeV sGma ragionevole per il 2020 Lint = 36 ab-‐1 (da presentazione recente)

σccbar ≅ 1.3 nb assumendo εD0 ≈ 50%, con frac(D0) ≈ 0.6 e Br(D0-‐>K-‐π+) ≈ 0.04 N(D0-‐>K-‐π+)untagged ≈ Lint x σccbar x frac(D0) x Br x εD0 ≈ 6 x 108



BES III: L = 1033 cm-‐2 s-‐1 at √s = 3.770 GeV

sGma ragionevole per il 2020 Lint = 20 C-‐1

σD0D0bar ≅ 3.6 nb assumendo εD0 ≈ 50% e Br(D0-‐>K-‐π+) ≈ 0.04 N(D0-‐>K-‐π+) ≈ Lint x σD0D0bar x Br x εD0 ≈ 1.4 x 106

Tau-‐Charm Factory L = 1035 cm-‐2 s-‐1 at √s = 3.770 GeV Lint = L x 107 s (Snowmass year) = 1 ab-‐1 Lint = L x 1.5 x 107 s (B-‐factory year) = 1.5 ab-‐1 N(D0-‐>K-‐π+) ≈ Lint x σD0D0bar x Br x εD0 ≈ 1.1 x 108 D0-‐>K-‐π+ per year

D0→µ+µ-‐ •  FCNC decay D0→µ+µ-‐ is highly suppressed in SM (∼10-‐18 from short-‐distance, increasing to ∼10-‐13 when long-‐distance processes are included, [Burdnam et al.,Phys.Rev.D66:014009,2002] )

short-‐distance long-‐distance


Charm forbidden and rare decays


Polarized beam and tag on leptons and on hadrons ( !" # $ /!" % $) reduces irreducible background!

75 ab-1

Sensitivity improves at least by a factor 2. Equivalent to a factor 4 increase in luminosity.

17

Polarisation is -an important issue for LFV -opens the possibility of measuring (g-2)-opens measurement of EW parameters

M.A.Giorgi

59

D momentum spectrum

Dati, da CLEO-c

Simulazioni MC a 4.17 GeV

L'ottima risoluzione sul momento del D consente di disaccoppiare I contributi a 2 corpi DD,DD*,D*D* ,DsDs, e le componenti residue a 3 corpi.

Questo e' possibile sia nei dati a 4 GeV, sia nei dati ISR presi alle super B-factories.

60

Scomposizione dei canali esclusivi Belle ISR data from 10 GeV CLEO-c Rscan data (3.9-4.3 GeV) hep-ex/0606016,FPCP2006 eConf C060409 (2006) 005

61

Belle: e+e- → γISRη J/ψ

XLWang , FPCP 2012!CLEO-c: e+e- → π+π-hc→ γπ+π-ηc

ψ(4040) hadronic transitions Per studi sulle eta transitions: sarebbe meglio uno scan Per studi sui decadimenti della hc: sarebbe meglio un run intensivo a 4260 .

62

I nuovi stati vettoriali scoperti in ISR da Babar e Belle non sono compatibili con modelli standard di stati legati charm-anticharm. Ulteriori studi sono necessari per chiarire la loro natura. Recentemente, Belle ha osservato hints di partners carichi della X(3872) nelle proiezioni del Dalitz plot (in basso a dx). Data l'impossibilita' di fare un fit cinematico 4C sugli untagged ISR data, dati presi direttamente sul picco della Y(4260) consentirebbo una migliore risoluzione su eventuali stati stretti carichi (tetraquarks, adromolecole?). Prese dati a 4.04 sarebbero pero' totalmente inadatte a questi studi.

Dove fare la nuova spettroscopia?

63

Una struttura stretta a 4.014? Lo zoom dei dati dal CLEO Rscan tra 3.96 e 4.07, mostra la presenza di un'altra struttura (un dip?) esattamente in prossimita della soglia D*D* (4.014 GeV) che andrebbe studiata.

Talk di B.Heltsley al QWG5 (DESY 2007)

Super-‐c-‐tau: facility cite


Super-‐c-‐tau: construcGon cite

CHARM 2012 A. Bogomyagkov (BINP), Tau Charm Factories 65 A.Bogomyagkov (BINP) 65

Ready-‐built tunnel FF region

Technical reg. (RF and injecGon)

Damping wiggler secGons

66

Le transizioni radiative, che consentono di sondare la struttura degli stati legati, alle χ0 e χ1 sono state scoperte da CLEO-c: Coan et al, Phys.Rev.Lett. 96 (2006) 182002 Briere et al, Phys.Rev. D74 (2006) 031106 Le correzioni relativistiche sono necessarie per predire le larghezze parziali, e le differenze tra modelli relativistici sono al livello del 5-10%. BES-III puo' migliorare l'attuale misura, ma e' necessario un campione molto + grande (50x? 100x?) per discriminare tra modelli.

ψ(3770) EM transitions

ψ(3770) hadron transitions

67

Nel 2011-12, BES-III ha preso dati a 4.04 GeV, allo scopo di studiare eventuali transizioni radiative agli stati cc convenzionali ηc(3S) e χc(2P). Questi studi possono fare chiarezza sulla natura della X(3872), per la quale non sono esclusi numeri quantici 1++ o 2-+, e degli stati XYZ osservati da Belle/Babar tra 3.9 e 3.95 GeV ma la cui natura non e' ancora chiara. (riassunti nella tabella qui sotto) I risultati di BES-III ( Moriond 2013?) aiuteranno a quantificare il potenziale di una presa dati ad alta intensita' a 4.04 GeV per gli studi sugli stati legati. Competizione con Panda: finche' non si osserva il decadimento in ppbar di qualcuno degli stati sopra 3.8 GeV (LHCb?) e' impossibile fare confronti quantitativi.

ψ(4040) EM transitions

Baldini, Beoni , Ciuchini, Dosselli, Isidori, Mussa ... · Sopra i colli di Frascati si son ieri...

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