Lo stato della fisica del B: le ultime dal CKM workshop...

Marcella Bona La fisica del B e la matrice CKM

Caffè tematici del Direttore, Torino, 11 aprile 2005 1

con contributi daBaBar (Belle) e UTfit

Marcella Bona

http://www.utfit.org

Lo stato della fisica del B:le ultime dal CKM workshop 2005

http://www.slac.stanford.edu/BF



Modello Standard e Violazione di CP

V CKM=Vud Vus VubVcd Vcs VcbVtd Vts Vtb ≃ 1−

2

2 A3−i

− 1−2

2A2

A31−−i −A2 1

Gli autostati di massa non sono autostati dell'interazione debole. La Lagrangiana dello Standard Model contiene la matrice di mescolamento VCKM

u c t

d s b

L'esistenza delle tre famiglie di quark implica lapresenza di una fase non riassorbibile nellaridefinizione dei quark. La presenza di un elementocomplesso porta alla violazione di CP



Il Triangolo di unitarietàLa matrice CKM viene da una rotazione nella base dei quark. Conservazione della probabilità Unitarietà

normalized: normalized:

numerose osservabilifunzioni di ed :

overconstraining



I constraint “Classici”

� K



|Vub/Vcb| Processo ad albero eventuali contributi nuova fisica trascurabili



K dal mixing K-K

S0 = Funzioni di Inami-Lim per contributi c-c, c-t, e t-t(da calcoli perturbativi)

da QCD su reticolo

BK=K∣J J∣K

K∣J∣00∣J∣K

vecchio valore di BK

0.86 ± 0.06 ± 0.14nuovo valore di BK

0.79 ± 0.04 ± 0.09



sin2 da ACP B0 J/K0



md dal mixing Bd-BdS = Funzione di Inami-Lim

per contributo t-t(da calcoli perturbativi)

BBd e fBd

da QCD su reticolo



ms dal mixing Bs-Bs(I)

Nessuna dipendenza da ed , ma impatto su md attraverso e fBs

BBs

(da QCD su reticolo)

NB: novità rispetto al passato: in questo modo

si riduce l'incertezza delle estrapolazioni in LQCD



ms dal mixing Bs-Bs(II) V. Lubicz



Il metodo statistico

}, mt

Standard Model +OPE/HQET/Lattice QCD

to go fromquarks

to hadrons

Le grandezze misurate, funzioni di ed , sono messein relazione a ed tramite il teorema di Bayes



Input ulilizzati

novità da LQCD

novità da Tevatron

Nuovi dati ma WA nonancora disponibili



Vcb

inclusivo

esclusivo

con F(1)=0.91 ± 0.04(theo)

Vcb = (41.4 ± 1.0(exp) ± 1.8(theo))10-3 Benson, Bigi, Gambino, Mannel e Ulratsev



inclusivo

Vub

Vub = (4.70 ± 0.44) 10-3

BaBar recocombined

Vub=3.82±0.14st±0.24sys±0.11th±0.57FF

B + l

B + l

esclusivo



sin2 dal charmonio

jkjjk

BA

BA

R P

UB

-04/

038

BE

LL

E C

ON

F-0

436

H

EP

EX

-040

8111

v. 2

205 fb-1 on peak227M BB (7730 CP) events

sin2 = 0.722 ± 0.040 ± 0.23 || = | A/A | = 0.950 ± 0.031 ± 0.013

140 fb-1

on peak152M BB(4347 CP)events

sin2 = 0.728 ± 0.056 ± 0.23 || = | A/A | = 1.007 ± 0.041 ± 0.033

sin2= 0.725 ± 0.037



ed i pinguini?



hint di segnale @ ms ~ 17.5 ps-1 con ~2 di significanza

ms > 14.5 ps-1 @ 95% CL sensibilità @ 18.6 ps-1

nero: pre-CKM2005rosso: CKM2005

Pro

b.

ms[ps-1]

Nuova Likelihood di ms



Analisi UT nel Modello Standard



= 0.349 ± 0.024

= 0.190 ± 0.044

Utilizzando tutti i vincoli

sin2 misurato con precisione confrontabile alla misura “indiretta”

sin2 = 0.729 ± 0.042 (da lati UT + K)

sin2 = 0.726 ± 0.037 (da J/ K0)

Risultati del Fit Standard



Predizioni sugli angoli UT

= (61.4 ± 6.5)o

sin(2+)= 0.941 ± 0.038

= (94.9 ± 6.6)o

rosso: 65%giallo: 95%



ms = 20.4 ± 2.8 ps-1

senza bound sperimentale

ms = 18.9 ± 1.7 ps-1

con bound sperimentale

using thelimit onms

ms > 31 ps-1 Nuova Fisica @ 3

Predizioni su ms e test sul MS

rosso: 65%giallo: 95%



Analisi UT e QCD su reticolo



E' possibile ottenere predizioni sui parametri di QCD su reticolo utilizzando le altri informazioni

BK = 0.69 0.10 BK = 0.79 0.04 0.09 LQCD

e predizioni LQCD (I)

= 1.15 0.11 = 1.24 0.04 0.06 LQCD

fBsBBs

= 265 13

fBsBBs

= 276 38 LQCDscuro: 65%chiaro: 95%



BK = 0.68 0.18 = 1.31 0.21

BK = 0.69 0.10 fBs

BBs= 257 15 MeV

> 0.9 fBs

BBs > 200 MeV

e predizioni LQCD (II)

scuro: 65%chiaro: 95%



I Nuovi Constraint



Gronau-London, Phys. Rev. Lett. 65, 3381–3384 (1990)

Simile approcccio studiando ()0 sul piano di Dalitz

dall'analisi di isospin: , ,

Scrivendo le ampiezze in SU(2):

A+- = -Te-i + PeiP

A+0 = -1/2 e-i (T + TC eiC)A00 = -1/2 (TC eiC e-i + PeiP)

incognite: T, P, TC, P, TC,

osservabili: 3x BR, C+-, S+-, C00

Ak = Tke-i + Pk

Ak =T kei+ P k con k=+- per +-, -+ per -+, e 00 per 00



dall'analisi di isospin (II):

S= -0.67 ± 0.16 ± 0.06 C= -0.56 ± 0.12 ± 0.06

S= -0.30 ± 0.17 ± 0.03 C= -0.09 ± 0.15 ± 0.04

S= -0.50 ± 0.12 C= -0.37 ± 0.10

> 74°




+ =

= (106 8)o

U (170 9)o

dall'analisi di isospin (III): ,

Slong = -0.19 ± 0.33 ± 0.11Clong = -0.23 ± 0.24 ± 0.14 = (120±27)° scuro: 65%

chiaro: 95%



: dai decadimenti B± D(*)K±

il diagramma soppressodi colore è anche possibile

Vcb

Vub=|Vub|e -i

rB = rapporto di ampiezze

B = diff. tra le fasi forti

metodo ADS(Atwood,Dunietz,Soni): B0 e B0 nello stesso stato finale

metodo GLW(Gronau, Londow,Wyler): considera gli autostati di CP del D, D(*)0

CP

analisi sul Dalitz plot del D0 con i decadimenti B - D(*)0[KS+-] K-



rB(DK)=0.10±0.04 rB(D*K)=0.09±0.04

: dai decadimenti B± D(*)K±

= (64.0 ± 18.2)o U (-116.0 ± 18.2)o

ADS+GLW

Dalitz

Area Totalescuro: 65%chiaro: 95%



cos2 da B J/ K*0

Rimossa ambiguità associata a sin2

Combinazione scettica dei risultati di BaBar e Bellecos2 = 1.9 ± 1.3 > 0 @ 87% Probabilità


cos2= 3.32 ± 0.96 ± 0.27 cos2= 0.31 ± 0.91 ± 0.11



2+ da B D(*)() Interferenza bu vs bc

come per DK Sistema aperto (2 osservabili

per 2+, r e ) Solo conoscendo r si può

estrarre 2+

Estrazione di r da BDs Errore teorico ~30% (guess) Incertezza fuori controllo,

non incluso nel fit



Fit solo Angoli

sin2 + cos2 + +

Precisione comparabile a quelladell'analisi nell'era pre B-factory

= 0.325 ± 0.030

= 0.246 ± 0.063

preB-factory



Perfetto accordo tra le nuove misure e l'analisi:meccanismo CKM spiega la violazione di CP

Fit includendo tutti i constraint

analisi standard + cos2 + +

= 0.339 ± 0.021

= 0.210 ± 0.035



B (BaBar)

Assumendo fB :Constraint su Rb

= 2+ 2

fBd = 0.20 ± 0.10 GeVfBd = 0.192 ± 0.026 ± 0.009 GeV da QCD su reticolo

Rb < 0.75 @ 95% Prob.

< 2.6 10-4 @ 90% CL



Analisi UT oltre il Modello Standard



Con le nuove misure dalle B factory, (trascurando effetti di NP nel mixing D-D)

è possibile determinare ed da |Vub/Vcb| e

fornendo un paradigma a tuttii modelli di NP in letteratura

sin2 = 0.724±0.074 U -0.556±0.089 = (95±15)o U (-43±15)o

Determinazione di ed da processi ad albero

= ± 0.36 ± 0.06

= ± 0.21 ± 0.10



Generalizzazione alla Nuova Fisica NP

Parametrizzazione generalizzata della NP nella Hamiltoniana |F|=2. Possiamo estrarre dal fit i nuovi parametri insieme a ed

|K|EXP = C•|K|SM EXP = SM-Bd

mdEXP = CBd•md

SM

ACP(J/K0) = sin(2+2Bd)

Assumendo SU(2), la NP nella Hamiltoniana |F|=1 introduce solonuove fasi deboli nei pinguini in per generalizzare il bound su .



CK = 1.04 0.30

CBd = 1.11 0.45 ms = 18.2 5.4

(analisi SM 21.2 2.3)Seconda soluzione

(non SM) nonancora esclusa

Bd = 0.5 3.8

Risultati per i parametri NP e mS



Analisi UT nel 2010



Abbiamo giocato con uno scenario realistico peril 2010: fino a che punto siamo sensibili allaNP se non osserviamo nessuna deviazione dallo SM?

( )= 0.017

( )= 0.011

Uno sguardo al futuro (I)



(CBd) = 0.15 (Bd) = 1.6o

(CBs) = 0.12 (CK) = 0.12

Uno sguardo al futuro (II) ( )= 0.025

( )= 0.022



Il crescente numero di vincoli permette una determinazione sempre più precisa dei parametri della CKM

L'abbondanza di informazioni permette di rinunciare ad alcuni dei vincoli per testare le tecniche di calcolo su reticolo

Per la prima volta è possibile vincolare ed utilizzando esclusivamente transizioni ad albero (NP trascurabile) e fornire un riferimento quantitativo ai modelli di NP

La generalizzazione dell'analisi oltre lo SM mostra la presenza di una seconda soluzione non ancora esclusa

Con l'aumento della precisione (scenario 2010) questa analisi diventa sensibile anche ad effetti di nuova fisica al livello del %

Conclusioni



Back up slides



Nessuna ulteriore sorgente di mescolamento in MFV. Solo i processi di mixing sono sensibili a NP:

Escludiamo K dal fit Usiamo solo il rapporto md/ms (NP si cancella)

Buras et al.hepph/0007085

UUT: analisi generalizzata SM e MFV

r η

= ± 0.353 ± 0.028

= ± 0.191 ± 0.046



In modelli con un doppietto di Higgs o piccolo tanb (D'Ambrosio et al. hep-ph/0207036) la NP entra come contributo universale ai diagrammi a box

L> 6.0 @95% for positive dS0

L> 4.8 @95% for negative dS0

dS0dS0

4| |

L0 = ltsin2qw MW/aEM ~ 2.4 TeV

Limiti sulla NP in MFV (I)



Precisa circa come analisi standard

Predizioni per quantità UUT



Per valori grandi di tanβ, la NP cambia diversamente ε K e i processi di mixing del B.

Due diversi δS0 in questo caso



dS0dS0dS0K



dS0dS0B

Limiti sulla NP in MFV(II)

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