Concezio Bozzi, INFN Ferrara, 27-28 Maggio 2004 Violazione di CP nel sistema dei B con il rivelatore...

Concezio Bozzi, INFN Ferrara, 27-28 Maggio 2004

Violazione di CP nel sistema dei B con il rivelatore BaBar

Concezio Bozzi

INFN Ferrara

27-28 Maggio 2004

http://www.fe.infn.it/~bozzi/particelle_2004.pdf


Indice

• Introduzione alla violazione di CP

• Il mesone B0d come laboratorio di CP

• L’apparato sperimentale:caratteristiche e prestazioni

• Misure di Sin2

• Prospettive future e conclusioni



(I) Introduzione alla violazione di CP

cf. BaBar Physics Book, SLAC-R-504, Capitolo 1


Perché la violazione di CP è interessante

• E’ di importanza fondamentale– Necessaria per spiegare l’asimmetria

materia-antimateria nell’universo

• Storicamente, lo studio di

violazioni di simmetrie è

sempre stato importante

per capire proprietà fondamentali

• Ipotesi corrente: la violazione

di CP nel Modello Standard non

è abbastanza grande da spiegare

l’asimmetria materia-antimateria nell’universo– C’è qualcosa oltre il Modello Standard…


Storia della violazione di CP

1964: Violazione di CP nei decadimenti dei Kappa (Nobel) Wolfenstein postula l’esistenza di una nuova forza,

chiamata Superdebole, responsabile della violazione di CP nel mixing K0K0 e praticamente di nient’altro

1973: Kobayashi e Maskawa osservano che CP potrebbe essere violata nelle interazioni deboli dei quark se ci fossero ALMENO 3 famiglie di quark (solo 2 erano note a quel tempo)

1975: scoperta del leptone terza famiglia di leptoni (Nobel)

1977: Scoperta del quark b terza famiglia di quark (Nobel)

1981: Scoperta del mesone Bd, con vita media “grande” ~ 1ps

1986: Osservazione di oscillazioni materia-antimateria (mixing) nel sistema dei

mesoni Bd

1995: Scoperta del quark t Completamento della terza famiglia di quark

2000: Scoperta del a Fermilab, completamento della terza famiglia di

leptoni

2001: Gli esperimenti alle B-factories BaBar&Belle pubblicano i primi risultati su sin2


La matrice CKM (V)

• Gli elementi Vij descrivono gli accoppiamenti elettrodeboli del W ai quark.

• Mescolamento tra gli autostati di massa dei quark a carica -1/3 per dare gli autostati dell’hamiltoniana debole.

• La matrice CKM è unitaria, con 4 parametri indipendenti (3 angoli e una fase)

• Gli elementi Vij descrivono gli accoppiamenti elettrodeboli del W ai quark.

• Mescolamento tra gli autostati di massa dei quark a carica -1/3 per dare gli autostati dell’hamiltoniana debole.

• La matrice CKM è unitaria, con 4 parametri indipendenti (3 angoli e una fase)


Fasi che violano CP

• Gli elementi della matrice CKM sono complessi.– Le fasi deboli cambiano segno sotto CP.

• Possibile osservare asimmetrie che violano CP facendo interferire ampiezze. Condizioni necessarie:

– Almeno 2 ampiezze

– Le ampiezze differiscono di una fase invariante sotto CP (ad es.: da interazione forte)

CP


+

+

-

-

Bf

Bf

Bf

Bf

A

A

A A

Differenza di fase debole: Differenza di fase forte: Differenza di fase

forte = 0

Differenza di fase forte ≠0

|A|=|A|

|A||A|!

Interferenza tra ampiezze

22

22

|A||A|

|A||A|Asimmetria


Parametrizzazione di Wolfenstein della matrice CKM

β

-i

-i

γ1 1

1 1 1

1 1

e

e

Fasi

u

d

t

c

bs

Grandezze relative

2

2 2

3

3 2

1 / 2 ( )

(1 )

1 / 2

1CKM A

A i

A i A

VEspansione in =0.22.

Si ignorano i termini del

4o ordine in .

4 parametri:


Il triangolo di unitarietà

Le asimmetrie di CP nei decadimenti dei B dipendono dagli angoli del triangolo di unitarietà

Le asimmetrie di CP nei decadimenti dei B dipendono dagli angoli del triangolo di unitarietà

2

2 2

3

3 2

1 / 2 ( )

(1 )

1 / 2

1CKM A

A i

A i A

V

Condizione di unitarietà per la prima e terza colonna:

d bsu

t

c

• Tutti i lati di ordine 3

• Violazione di CP area del triangolo

• Test di unitarietà: il triangolo si chiude?


Misura della violazione di CP nel sistema dei B con il rivelatore BaBar

(II) Il mesone B0d come laboratorio di CP


Perché studiare la violazione di CP nei mesoni B

• Il Modello Standard predice parecchie asimmetrie che violano CP nei mesoni B

• Alcune di esse possono essere interpretate in modo non ambiguo in termini di elementi della matrice CKM (= parametri della Lagrangiana del Modello Standard)

• Si prevedono asimmetrie grandi, O(1), cf. 10-3 per i K

• Mesoni B0 prodotti e rivelati “facilmente”

B0 = bd, B0 = bd, B+ = bu, B- = bu

Contenuto in quark dei mesoni B


Osservabili che violano CP

• Per generare un’osservabile che violi CP dobbiamo avere – Interferenza tra almeno due ampiezze diverse tra loro

• Nei decadimenti dei B, ci sono due tipi di ampiezze:– quelle responsabili del decadimento

– quelle responsabili del mixing

• Ciò dà luogo a tre possibilimeccanismi di violazione di CP:– Violazione di CP indiretta

• (interferenza tra due ampiezze di mixing) – Violazione di CP diretta

• (interferenza tra due ampiezze di decadimento)– Violazione di CP nell’interferenza

tra decadimenti con e senza mixing

d

bW

d

uu

d

B0

B0 B0

b

b d

du,c,t

u,c,t

W W


Violazione di CP diretta

• Si osserva violazione di CP diretta nel decadimento se

– Nel Modello Standard, la CP coniugata di un’ampiezza può differire solo di una fase: CP ABf = exp(-i) ABf

• Le condizioni per la violazione di CP nel decadimento:– esistono almeno 2 ampiezze di decadimento, per esempio

– Le ampiezze hanno 2 fasi: CP ABf = e-i (f + f ) ABf

• Una fase forte (non cambia segno sotto CP)

• Una fase debole (cambia segno sotto CP)

– Le fasi forte e debole devono essere differenti, le ampiezze devono essere simili

– L’interpretazione CKM di una violazione diretta di CP è complicata• I calcoli teorici delle fasi forti sono complicati…

(B f) (B f)

(B f) = |A1 + A2|


–0.095±0.028a 3.4σ effect

Misure statisticamente limitate ancora per anni

http://www.slac.stanford.edu/xorg/hfag/rare/index.html

Misure di violazione diretta di CP


Violazione di CP indiretta: il mixing B0-B0

• I mesoni B0 e B0 oscillano tra di loro con una frequenza sperimentalmente rivelabile!

– Gli autostati di sapore sono diversi

dagli autostati dell’interazione debole

– Transizione debole al secondo ordine

– Frequenza di oscillazione M(B0)-M(B0) md 0.5 ps-1

– Condizione per violazione di CP nel mixing:

– Mixing dominato dal diagramma con il quark top

grandezza della violazione di CP (mb/mt)2 1– Violazione di CP nel mixing piccola nel sistema dei B

B ~ 10-3


Violazione di CP nell’interferenza tra Mixing e Decadimento

• Si osservano 2 processi che danno lo stesso autostato di CP attraverso autostati intermedi di sapore:

• Evoluzione temporale degli autostati di sapore:

B0(t) fCP

B0

B0

B0(t) fCP

B0

B0

Statoiniziale

Statoiniziale

Autostato di sapore

Autostato di CP

Autostatodi sapore Autostato

di CP

p/q 1


Violazione di CP nell’interferenza tra Mixing e Decadimento

• Probabilità di osservare l’autostato di CP fCP al tempo t:

• Asimmetria CP osservabile Acp(t)=( F+(t) - F-(t) )/( F+(t) + F-(t) )

Se ||=1

Autovalore di CP

Rapporto ampiezze B0fcp/B0fcp

– L’asimmetria di CP è dipendente dal tempo

– o per osservare violazione di CP

– → violazione di CP diretta

1


• Ampiezze dominanti per il decadimento b ccs:

• Entrambe hanno la stessa fase debole: ,nessun’altra ampiezza ha la stessa grandezza

– Modello Standard: nessuna violazione di CP nel decadimento

• Violazione di CP nel mixing trascurabile

• Il Modello Standard prevede che la violazione di CP (se presente) sia dovuta esclusivamente all’interferenza tra le ampiezze dovute al mixing e al decadimento

Il “modo aureo”: b->c c s

b

d

cc

sd

W-

b

d

sc

cd

W-

t

g

“Albero” “Pinguino”


L’interpretazione CKM del “modo aureo”

• Consideriamo B0 J/ K0S (il mixing del K0 è

fondamentale!):

B0 mixingDecadim. K0 mixing

Vtd Vtb*Vud Vub

*

*Vcd Vcb

β

Acp(t) = cp sin(2) sin(m t)Acp(t) = Im sin (m t)


Altri angoli?

• Misura di beta: abbiamo sfruttato l’interferenza tra mixing (fase debole: 2) e una singola ampiezza di decadimento (fase debole: 0)

• Possiamo misurare gli altri angoli analogamente

• In generale i decadimenti dei B hanno le seguenti fasi deboli– b→c (dominante): 0

– b→u (soppresso):

• Alfa: interferenza tra mixing e una singola ampiezza b→u– In principio: 2(+)

– Chiudiamo il triangolo: = → misura di 2

• Gamma: interferenza tra ampiezze b→u e b→c in decadimenti del B+


L’angolo alfa.

• Occorre un decadimento del B0 in un autostato di CP dominato dalla transizione bu. Si effettua un’analisi dipendente dal tempo

– Esempio classico: B0 +.

• Assumendo che il diagramma ad albero bu sia dominante

– Analisi dipendente dal tempo dà

• Sfortunatamente, si tratta di una assunzione sbagliata per .

– Il contributo dei pinguini potrebbe essere ~30% in !– analisi di isospin

– Altri canali: B +pinguino

albero

Acp(t) = cp sin(2) sin(m t)


(II) L’apparato sperimentale: caratteristiche e prestazioni



Produzione di mesoni B0

• Electron-Positron collider: e+e- (4s) B0B0

– Coppie di mesoni B solo dalla risonanza 4S

– Bassa sezione d’urto di produzione B0: ~1 nb

– Sperimentalmente “pulito”, produzione B0B0 coerente

28.0hadr

bb

ApproccioB-Factory


At tcp=0

B0

B0

Proprietà della produzione B0B0 coerente

• Il sistema B0B0 evolve in maniera coerentefino al decadimento di un mesone– L’orologio che misura CP/Mixing

entra in funzione all’istante del primo decadimento, tutto dipende da t:

– I B hanno sapore opposto a t=0

– Circa metà delle volte t<0

• L’asimmetria integrata nel tempo è 0:

• Occore fare un’analisi dipendente

dal tempo

t = tCP - tOtherB

Incoerente

-

+ +

-

At t=0

B0

B0

Coerente


Tecniche sperimentali per misurare asimmetrie dipendenti dal tempo

• Grosso campione di eventi B0B0 in cui un B0 sia ricostruito in autostato di CP– Bassi rapporti di decadimento, O(10-4)

– Occorre un collider ad alta luminosità

• Determinare il sapore iniziale del B completamente ricostruito– A partire dai prodotti di decadimento dell’altro B

– Buona identificazione delle particelle

• Misurare il tempo proprio dei decadimenti– Impulso del B0 nel riferimento della Y(4s) piccolo (~300 MeV),

separazione spaziale dei mesoni B0 trascurabile

– Collider asimmetrico per produrre Y(4s) con spinta di Lorentz per avere separazione spaziale di ~250 μm

– Tracciatore a silicio ad alta risoluzione vicino al punto di collisione.


L’anello di accumulazione PEP-II

PEP-II accelerator schematic and tunnel viewPEP-II accelerator schematic and tunnel view


Parametri di PEP-II

Parameter Disegno Raggiunti

Energia LER 3.1 GeV 3.1 GeV

Energia HER 9.0 GeV 9.0 GeV

N. di bunch 1658 1561

Corrente LER 2140 mA 2430 mA

Corrente HER 750 mA 1380 mA

Vita media LER 240 min. 200 min.

Vita media HER 240 min. 660 min.

Beam size x 222 m 190 m

Beam size y 6.7 m 6.0 m

Luminosità 3 x 1033 8.6 x 1033

Correnti alte

4ns bunchcrossing

100 106 B0/anno

Boost: = 0.56


Luminosità di PEP-II

• Da Maggio 1999: 183 fb-1 sulla risonanza Y(4s)

– Altri 17 fb-1 sotto la Y(4s)

• 192 x 106 coppie BB – Assumiamo B0B0:B+B- = 1

L di 1 fb-1 contiene (in media) 1 evento per un processo con una sezione d’urto di 1 fb

1 fb-1 = 106 coppie BB


L’esperimento BaBar


Italy [12/101]INFN, BariINFN, FerraraLab. Nazionali di Frascati dell' INFNINFN, Genova & UnivINFN, Milano & UnivINFN, Napoli & UnivINFN, Padova & UnivINFN, Pisa & Univ & ScuolaNormaleSuperioreINFN, Perugia & UnivINFN, Roma & Univ "La Sapienza"INFN, Torino & UnivINFN, Trieste & Univ

The Netherlands [1/5]NIKHEF, Amsterdam

Norway [1/3]U of Bergen

Russia [1/11]Budker Institute, Novosibirsk

United Kingdom [10/66]U of BirminghamU of BristolBrunel UU of EdinburghU of LiverpoolImperial CollegeQueen Mary , U of LondonU of London, Royal Holloway U of ManchesterRutherford Appleton Laboratory

USA [38/300]California Institute of TechnologyUC, IrvineUC, Los AngelesUC, RiversideUC, San DiegoUC, Santa BarbaraUC, Santa CruzU of CincinnatiU of ColoradoColorado StateFlorida A&MHarvardU of IowaIowa State ULBNLLLNLU of LouisvilleU of MarylandU of Massachusetts, AmherstMITU of MississippiMount Holyoke CollegeSUNY, AlbanyU of Notre DameOhio State UU of OregonU of PennsylvaniaPrairie View A&M UPrinceton USLACU of South CarolinaStanford UU of TennesseeU of Texas at AustinU of Texas at DallasVanderbiltU of WisconsinYale

Canada [4/20]U of British ColumbiaMcGill UU de MontréalU of Victoria

China [1/5]Inst. of High Energy Physics, Beijing

France [5/51]LAPP, AnnecyLAL OrsayLPNHE des Universités Paris VI et VIIEcole Polytechnique, Laboratoire Leprince-RinguetCEA, DAPNIA, CE-Saclay

Germany [4/31]Ruhr U BochumTechnische U DresdenUniv HeidelbergU Rostock

The BaBar Collaboration10 Countries

77 Institutions593 Physicists


Il rivelatore BaBar

Instrumented Flux Return19 strati di RPC Magnete da 1.5 TRivelatore Čerenkov144 barre di quarzo Camera a deriva

Calorimetro EM5680 cristalli di CsI

Tracciatore di vertice a silicio5 strati di silicio a doppia faccia


Tracciatore di vertice a silicio: misura precisa del z

• 5 strati di rivelatori a doppia faccia accoppiati in AC

• SVT situato in zona ad alta radiazione • Elettronica resistente alle radiazioni (2Mrad)

• Efficienza di ricostruzione degli hit ~98%

• Risoluzione ~15 μm at 00

e- beam e+ beam


Tracciatore di vertice a silicio

Beam pipe

Layer 1,2Layer 3

Layer 4Layer 5

Beam bending magnets

Readoutchips


Camera a deriva

• 40 strati di fili all’interno del campo magnetico da 1.5 Tesla

• Misura dell’impulso delle particelle cariche

• Misura della perdita di energia per ionizzazione (particle ID)


Rivelatore Čerenkov

• Luce Čerenkov nel quarzo– Trasmessa per riflessione interna– Anelli proiettivi nella “standoff box”– Rivelazione con fotomoltiplicatori– Essenziale per identificare K >2 GeV


EMC: Calorimetro elettromagnetico: /0/e ID

• 6580 cristalli di CsI(Tl), con lettura tramite fotodiodi

• Circa 18 X0, dentro il solenoide

• Eccellente risoluzione in energia, essenziale per 0

= 5.0%

)%1.007.085.1()%3.003.032.2()(

4

EE

E

0


Instrumented Flux return: identificazione μ, KL

• Fino a 21 strati di RPC alternati a piani di ferro

• Identificazione di muoni oltre 500 MeV

• Rivelazione di adroni neutri (KL)


Prestazioni della particle ID

Kappa• Efficienza: 70-90%

• misID pioni: 1-7%

• Dipendente dall’impulso

Muoni• Efficienza: 60-75%

• misID pioni: <3%

Elettroni• Efficienza: 90%

• misID pioni:<0.2%


Ricostruzione degli eventi online & offline

• Tasso di collisioni al punto d’interazione: parecchi MHz

• BaBar ha un sistema di trigger a due livelli per selezionare solo eventi interessanti:– Trigger di livello 1 (hardware), tasso di uscita di ~2 kHz

– Trigger di livello 3 (software), tasso di uscita di ~100 Hz

– Dimensioni di un evento ~30 kB scritti ~10Gb all’ora!

• La ricostruzione “offline” dei dati avviene entro ~24 ore– Effettuata in parallelo da una farm di ~500 calcolatori Linux

• Circa 2000 calcolatori Linux sono disponibili per ricostruzione, simulazione e analisi dei dati

– Tutti i dati sono immagazzinati in un database Object Oriented

– Dimensioni attuali del database ~ 1.2 Pb


Efficienza di raccolta dei dati

Efficienza giornaliera Luminosità integrata giornalmente

Valore di disegno


(III) Misure di Sin2



Schema generale delle misure di sin2

)cos()sin(),(),(

),(),()(

00

00

tmCtmStfBtfB

tfBtfBtA

CPCP

CPCPCP

Ia: Ricostruzione completa di autostati di CP (p.e. B0 J/ KS)

III: Misura precisa del tempo proprio sfruttando z ~ ct

II: Etichettatura del sapore iniziale del B0

CP/Mix usando l’altro B

A

A

||1~

Im~2

p

q

C

S

CP


z

0

tagB

e S4

0recB

K

Etichettatura

Δt Δ z/ βγ c Ricostruzione esclusiva

in autostati di CP

0SK

/J

Tempo proprio~1.6ps distanza ~0.25mm!

Fasci asimmetrici: Y(4S) con boost ~0.55

e

Schema generale delle misure di sin2


Effetti sperimentali sulla misura di CP

• t vero, etichettatura perfetta

• t vero, etichettatura imperfetta

• t misurato, etichettatura imperfetta

F(t) F(t) ACP(t)

D = (1-2) in cui w è la frazione di etichettature sbagliate (mistag).

Occorre misurare la risoluzione in t.

sin2

Dsin2

Occorre misurare la diluizione.


Ia: Modi Aurei: J/ KS (+-,00), (2s) KS(+-)

• Si ricostruiscono 2 variabili cinematiche independenti per ciascun candidato B ricostruito

Si sfrutta il vincolo dell’energia dei fasci per migliorare la risoluzione

mes: B0 (2s) KS

mes: B0 J/ KS

mes: B0 J/ KS(00)

Taglio a 3 sul E


II: Etichettatura del sapore iniziale del B0CP

• Determinato dal sapore dell’altro B – 4 categorie di etichettatura

• Etichettatura leptonica:

– Leptoni da decadimenti b c l

– Si rigettano leptoni da c s l con

tagli in impulso: p*(l) > 1.GeV

– Bassa efficienza, basso mistag

• Etichettatura con kappa:

– Essenziale una buona identificazione

– Efficienza più alta, mistag

leggermente più alto

• Etichettatura con reti neurali (2)

b l- , b l+ b c

W-

l-

b

W-

c s

W-b K- , b K+


Effetto di una etichettatura imperfetta

• Sia sul valore che sull’errore dell’asimmetria:

22 )21(

1)(

)21(

tagtag

CPstat

CP

DQ

QA

DA

Efficienza efficace di etichettatura

Fattore di diluizione

Efficienza dell’etichettatura

Frazione di mistag

Valore

Precisione


III: Misura precisa del tempo t

• J/ l+l- domina la precisione del vertice CP.

• Le tracce non appartenenti al vertice CP sono

combinate nel vertice di tag– Procedura per eliminare tracce provenienti dal vertice del charm

• Efficienza per il campione CP 86 %.

(4s) = 0.56

Tag Bz ~ 190 m CP B

z ~ 70 mJ/

K0z

t z/c cB 250 m

0 200 400z (m)

B0 flavoursample

CP sample


Un “evento aureo”

Y(4s) B0 J/ KS (+-) B0 K- X

z

I:autostato CP

II:etichettatura del sapore

III: misura del:t


Eventi selezionati

Campione di circa ~1500 candidati Ks (purezza ~94%) a partire da 88 x 106 coppie BB

Circa 500 eventi KL con purezza 55%

Variabili cinematiche:

ES


Distribuzioni t e Asimmetrie

CP=-1 CP=+1

Eventi con KS Eventi con KL


Distribuzioni t per campione con etichettatura leptonica

Purezza 98%

Mistag 3.3%

t 20%

meglio che nelle altre categorie

…il meglio del meglio!

220 eventi, sin2 = 0.79 0.11


Interpretazione dei risultati

• Test di precisione del triangolo di unitarietà• Accordo eccellente con le misure indirette

sin(2) = 0.741 ± 0.067(stat) ± 0.034(syst)

per I “modi aurei”

• K : violazione di CP nel K0-K0

– Diagrammi a scatola con quark t e c

• |Vub/Vcd|: Vub decadimenti semileptonici del B senza charm

• ms/md: Bs e Bd mixing

– Le incertezze teoriche si cancellano nel rapporto

• md: B0 mixing md |VtdV*tb|2


Sin2: altri modi di decadimento?

• Modi aurei: il modello CKM per la violazione di CP ha superato i primi test di precisione!

– J/ KS, J/ KL, altro charmonio

• Per consistenza, S=sin2e C=0 per tutti i decadimenti del B0 in cui

– Tutte le ampiezze contribuiscono con la stessa fase debole.

– La fase del decadimento è zero.

• Consideriamo i modi di decadimento dominati dai pinguini bs

– Sensibilità a nuova fisica: particelle virtuali non-SM (supersimmetriche?) nei loop?

– Occorre valutare con precisione eventuali contributi SM soppressi con diverse fasi deboli

– K0, ’K0 , 0 K0


sin2 dai pinguini…

• B0 Ks , B0 ’Ks , B0 Ks sono dominati da pinguini b s– Pinguino col quark u ha fase debole diversa () ma è soppresso (0.02)

• Domina il diagramma Vts Vtb* allora: S = sin2S = sin2, C, C = 0= 0

• Limiti sul contributo dovuto al diagramma ad albero “Naïve” flavor symmetry T/P |-fSf – sin2|

Ks 0.0 < 0.3 (<0.04)

’Ks ~0.02 < 0.4 (<0.09)

Ks ~0.04 < 0.2

0

0


…misure difficili: B0 Ks

Ss = 0.45 ± 0.43(stat) ± 0.07(syst)

Cs = -0.38 ± 0.37(stat) ± 0.12(syst)

BBAABBARAR110 fb110 fbBBAABBARAR110 fb110 fb

0 70 9SN K eventi


Sin2: riepilogo dei risultati

Risultati interessanti ma non ancora definitivi!

Media pinguini b s

sin2 = 0.27 0.22



(IV) Risultati e prospettive per e


What’s next…

()

(0,0) (1,0)

B.R. ~10- 7, difficile!!

B.R. ~ qualche 10- 6

…e qualche incertezza teorica…

Molto pulito, B.R. ~ 10- 4

B0d

B0dDK B0

dJ/K0S

B→X u

lB

.R.

Oscillazioni, md ~ 0.5 ps -1


L’angolo alfa.

• Occorre un decadimento del B0 in un autostato di CP dominato dalla transizione bu. Si effettua un’analisi dipendente dal tempo

– Esempio classico: B0 +.

• Assumendo che il diagramma ad albero bu sia dominante

– Analisi dipendente dal tempo dà

• Sfortunatamente, si tratta di una assunzione sbagliata per .

– Il contributo dei pinguini potrebbe essere ~30% in !– analisi di isospin

– Altri canali: B +pinguino

albero

Acp(t) = cp sin(2) sin(m t)


“Penguin pollution”

• Includendo la componente dovuta ai pinguini (P) in

– Il rapporto tra le ampiezze |P/T| e la differenza di fase forte non sono calcolabili accuratamente!

• I coefficienti per l’analisi time-dependent diventano

• L’interpretazione teorica dei termini (S,C) diventa più complicata!


Analisi di isospin

• Si possono scrivere relazioni triangolari sfruttando simmetria di isospin (Gronau e London)

• Limite di Grossman e Quinn:

• Occorre misurare i decadimenti del B e del B in stati finali .

• Utile se il decadimento in 00 ha branching ratio piccolo.

2

-


Il decadimento B→ 00

– Combine a 0 from each quark jet.

– Fight continuum with• event shape information

• neural network with rest of event as input (leptons, kaons).

– Some overlap if + at rest in B frame

– We measured the branching fraction

00

0

Babar hep-ex/0307087


Il decadimento B→ 00

00

0

4.2

Branching ratio molto piccolo: ~10-6

Fondo principale da eventi di continuo.

Altro fondo: B+ +0 ,(++0)


Un candidato B00

• mes = 5.277 GeV/c2

E = 0.006 GeV

• Il fotone meno energetico ha energia di 290 MeV.

• L’altro B nell’evento ha un K e un ± da decadimento di un D*±.

0

0


00 e il limite di Grossman-Quinn

• Medie mondiali:

– 00: (1.9±0.5)x10-

6

– ±0: (5.3±0.8)x10-

6

• Limite praticamente inutile, dato che il BR(B→00) è relativamente “grande”.

• Necessaria l’analisi completa di isospin!

+22

Considerazioni sull’analisi di isospin

• Attenzione alle ambiguità:

– L’inevitabile 2eff vs -2eff

– I triangoli di isospin sono orientabili tra loro in 4 modi (→4 valori per 2-2eff)

I pinguini nei decadimenti in system rendono difficile la misura di hidden, anche in futuro…

I pinguini nei decadimenti in system rendono difficile la misura di hidden, anche in futuro…

Estrapolazioni usando i valori attuali dei BR

Scenari con B(00) ai limiti attuali inferiore e superiore

true=/2


Il sistema ?

• Stato finale vettore-vettore (CP misto)

• Analisi in onde parziali (oppure autostati di elicità):

– CP=+1 (onde S,D), CP=-1 (onda P)

– oppure polarizzazioni longitudinale (CP=+1) e trasverse (2, CP mista)

• Misura sperimentale: domina la componente longitudinale a CP=+1 (come previsto dai teorici*)!

• Si può applicare a + lo stesso formalismo del +!

*G.Kramer, W.F.Palmer, PRD 45, 193 (1992). R.Aleksan et al., PLB 356, 95 (1995).

Babar

hep-ex/0308024

hep-ex/0307026


90% CL

“Penguin pollution” nel sistema

• Limite di Grossman-Quinn per il sistema

• Si assume solo componente longitudinale (a CP=+1)

Babar hep-ex/0307026

Belle hep-ex/0306007

Molto meglio del sistema !Molto meglio del sistema !


Misura dipendente dal tempo di B0

113 fb-1

0B

0B

0.19 0.33 0.11

0.23 0.24 0.14

long stat syst

long stat syst

S

C

NB: analisi di isospin con parecchie assunzioni

PRELIMINARY

(96 10 4 13 )stat syst peng

SC


Prospettive per da B


Gamma – Missione impossibile?

• Si misura direttamente la fase di bu () relativa alla fase bc (0).

• Canale più immediato: BDK

• Per fare interferire queste ampiezze, occorre prendere decadimenti accessibili sia dal D0 che dal D0


Gamma da BDK

• Contributo relativo delle 2 ampiezze

• Auspicabile rb grande per avere più interferenza.

Ru è il lato sinistro del triangolo di unitarietà (~0.4)

Fcs è un fattore sconosciuto dovuto alla soppressione di colore. Presumibilmente nell’intervallo [0.2,0.5].


• Gronau, London e Wyler: si usano decadimenti del D in autostati di CP.

• Decadimenti D autostati di CP hanno BR piccolo ( da ~0.1 a 1 %).

• rb potrebbe essere piccolo. Ambiguità discrete…

Le ampiezze di decadimento di D0 e D0 sono uguali per costruzione

Gamma da BDK: metodo GLW

CP=+1: +,K+K

CP=-1: Ks0, Ks0


Gamma da BDK: metodo ADS

• Atwood, Dunietz e Soni: interferenza tra ampiezze simili

• Complementare al metodo GLW

– BR complessivo più piccolo.

– Interferenza maggiore.

favorito

favorito

soppresso

soppresso

GLW ADS


Conclusioni• L’interpretazione CKM della violazione di

CP ha superato un primo test (sin2).

• L’anomalia nella misura di sin2 tramite pinguini bs sarà risolvibile accumulando dati alle B Factories.

• Il sistema sembra al momento più promettente di per la misura di .

• Si iniziano analisi per misurare E’ ancora presto per prevedere cosa succederà:

– Non esistono “modi aurei”

– Occorre combinare più metodi e più misure

– Occorre alta statistica

• BaBar misura anche i lati del triangolo di unitarietà (decadimenti semileptonici con e senza charm, oscillazioni).

Concezio Bozzi, INFN Ferrara, 27-28 Maggio 2004 Violazione di CP nel sistema dei B con il rivelatore...

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