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1 fisica dei quark pesanti a LHC G. Carboni - Workshop 7-8/6/2011 - Tor Vergata presentata da G. Carboni.

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1 1 fisica dei quark pesanti a LHC G. Carboni - Workshop 7-8/6/ Tor Vergata presentata da G. Carboni

2 2 730 members 54 institutes (10 from Italy) 15 countries G. Carboni - Workshop 7-8/6/ Tor Vergata

3 3 Gruppo LHCb di Tor Vergata Giovanni Carboni Roberto Messi Emanuele Santovetti Alessia Satta Stefano de CapuaGiovanni Sabatino  Assegnisti Attività principali Partecipazione alla gestione del rivelatore di muoni Partecipazione alla presa dati e all’analisi PRIN 2008 su sistema di acquisizione per futuri esperimenti (Super-LHCb, Super-B ecc.)

4 G. Carboni - Workshop 7-8/6/ Tor Vergata 4 Complementarity In the search for New Physics Beyond the Standard Model the LHCb approach is complementary to the direct one of ATLAS and CMS If NP exists at the TeV scale its effects could be observed in decays and CP asymmetries at much lower energies This requires several high-precision tests of the SM and of the CKM framework we use to describe CP violation chart the known territory more accurately explore new regions

5 Standard Model B s   decay: “Penguin” diagram B s –B s oscillations: “Box” diagram –  m s SM  |V ts 2 |,  s SM = –arg(V ts 2 ) = 2  s Strengths of indirect approach oCan access higher scales and therefore see effect earlier: —Third quark family inferred by Kobayashi and Maskawa (1973) to explain small CP violation measured in kaon mixing (1964), but only directly observed in 1977 (b) and1995 (t) —Neutral currents ( +N  +N) discovered in 1973, but real Z discovered in 1983 oCan access the phases of the new couplings: —NP at TeV scale must have a “flavor structure” to provide the suppression mechanism for already observed FCNC processes  once NP is discovered, it is important to measure this structure (including new phases) New Physics ?? ? ? ms s ms s  ? ? 5G. Carboni - Workshop 7-8/6/ Tor Vergata

6 6 La violazione della simmetria CP significa che in “qualcosa” la materia differisce dall’antimateria Grazie a tale violazione alla fine del Big Bang potrebbe essere rimasta un po’ di materia in eccesso. Ma la violazione di CP presente nel Modello Standard è insufficiente. Quindi è ragionevole aspettarsi che la “Nuova Fisica” si manifesti proprio nella violazione di CP materiaantimateria materia I mesoni B sono il “laboratorio” ideale per studiare la violazione di CP

7 G. Carboni - Workshop 7-8/6/ Tor Vergata 7 Come si osserva la violazione di CP in LHCb? Il principio è semplice: si confronta il comportamento di un mesone B 0 e dell’anti-B 0. Per esempio  Se su un grande numero di decadimenti il numero di coppie  +  - prodotte differisce nei due casi vuol dire che CP è violata Ovviamente devo sapere se in partenza ho un oppure un (vedi dopo)

8 G. Carboni - Workshop 7-8/6/ Tor Vergata 8 B0B0 B-B- distanza percorsa dai B  1 cm

9 9 Torniamo alla domanda: come faccio a sapere se ho un oppure un ??? G. Carboni - Workshop 7-8/6/ Tor Vergata

10 10 B0B0 B-B- -- Il segno del  ci dice se il partner è un B o un anti-B I B vengono sempre prodotti in coppie B-anti B G. Carboni - Workshop 7-8/6/ Tor Vergata

11 11 Muoni HCALECAL RICH2 Tracciatore Magnete TT RICH1 VELO 11 LHCb: schema m 10 m e realtà G. Carboni - Workshop 7-8/6/ Tor Vergata

12 12 HCAL RICH 2 Preshower Lead and SPD ECAL Muon closed Be beam pipe Inox beam pipe View from below

13 13 LHCb in sintesi rivelatore di vertice per separare i B-anti B dal vertice primario sistema di tracciatura con magnete rivelatore per identificare i muoni Cherenkov (RICH) per separare  da K calorimetro per rivelare i neutri (  0 e  trigger per registrare solo gli eventi interessanti G. Carboni - Workshop 7-8/6/ Tor Vergata

14 14 The LHCb Trigger 2 kHz L0 e,  40 MHz 1 MHz L0 had L0  ECAL Alley Had. Alley Global reconstruction 30 kHz Muon Alley Inclusive selections: topological, ,  +track,  D → X, Φ Exclusive selections Level-0 HLT1 HLT2 ‘High-pt’ signals in calorimeter & muon systems Associate L0 signals with tracks, especially those in VELO displaced from PV Full detector information available. Look for inclusive signatures, augmented by exclusive selections in certain key channels. Triggering is a challenge!  ~1/100 events contain b  interesting b branching fractions ~10 -3 or less storage G. Carboni - Workshop 7-8/6/ Tor Vergata

15 15 La sezione d’urto per produrre una coppia di b-anti b è circa 300 microbarn all’energia di 7 TeV, ossia 300 volte maggiore di quella che si ha in una macchina e + e - (B-factory) a 10 GeV La Luminosità integrata indica quanti eventi si producono per una data sezione d’urto:  1 fb -1 corrisponde a 10 9 eventi con  = 1  b o 1000 eventi con  = 1 pb o.... Attualmente LHCb ha accumulato 0,15 fb -1 che significa 4, coppie bb Alla fine della prima fase di LHC (2017) si attendono 5 fb -1 (2 a 7 TeV, 3 a 14 TeV con una sezione d’urto doppia) Si sta lavorando a un piano di upgrade del rivelatore per poter aumentare questo valore di 10 volte nei successivi 5 anni dopo il 2017 La statistica è cruciale NB: 1  b = cm -2

16 G. Carboni - Workshop 7-8/6/ Tor Vergata 16 Una macchina adronica come LHC è democratica: diversamente da una B-factory e+e- permette di produrre in abbondanza tutte le possibili combinazioni di quark Democrazia

17 Misure di vita media Misure di massa Misure di produzione Misure di violazione di CP integrata Risultati pubblici 2011 selezionati 17

18 Decadimenti del B s B  Dh(hh) Misure di violazione di CP dipendente dal tempo Decadimenti rari Risultati pubblici 2011 selezionati 18

19 G. Carboni - Workshop 7-8/6/ Tor Vergata 19 Misure di massa da B  J/  X Misure di massa importanti per studiare la bontà di allineamento, risoluzione in impulso, ecc. Risoluzioni in massa per questi decadimenti ~7-10 MeV – prossime alle attese dal MC Principale sistematica in gioco  calibrazione della scala dell’impulso B +  J/  K + B 0  J/  K *0 B s  J/   b  J/  B 0  J/  K S B c  J/  LHCb-CONF

20 20 Quadro Misure in accordo e molto competitive rispetto alle medie mondiali B+B+ B0B0 BsBs bb BcBc PDG LHCb 2010

21 G. Carboni - Workshop 7-8/6/ Tor Vergata 21 Misura di  m d Realizzata usando circa 6k eventi B 0  D  (K  )  + Misura utile sia come verifica sia per calibrare il tagging opposite side per la misura di  m s Asimmetria di mixing (solo segnale) Distribuzione dei tempi di decadimento LHCb 2010 WA:  m d =0.507 ± ps -1 LHCb-CONF  Oscillazione nel tempo proprio

22 22 Misura di  m s Realizzata usando circa 1350 eventi B s  D s  e B s  D s  Risoluzione in tempo proprio evento-per-evento calibrata usando candidati fake costruiti associando un D s prompt con  random dal vertice primario – Risoluzione media: fs CDF:  m s =17.77 ± 0.10 ± 0.07 ps -1 Likelihood scan B s  D s (  )  B s  D s (K * K)  B s  D s (KK  )  B s  D s (KK  )  LHCb 2010 LHCb-CONF

23 G. Carboni - Workshop 7-8/6/ Tor Vergata 23 pp  + X LHCb è anche un laboratorio per studi di QCD con alta statistica

24 G. Carboni - Workshop 7-8/6/ Tor Vergata 24

25 G. Carboni - Workshop 7-8/6/ Tor Vergata 25 Super LHCb L’upgrade di LHCb permetterà di migliorare ancora la sensibilità su certi canali B s,d   +  -

26 G. Carboni - Workshop 7-8/6/ Tor Vergata 26 LHCb a confronto con Super B La sfida della Super-B: realizzare una macchina che possa fornire 50 ab -1 in 5 anni (dal 2017) ossia una macchina 50 volte più luminosa dell’unica in funzione (KEK-B in Giappone) LHC Committee CERN La sfida di Super-LHCb: migliorare di 10 volte le capacità di selezione (Trigger) dell’esperimento e la resistenza alla radiazione dei vari rivelatori

27 G. Carboni - Workshop 7-8/6/ Tor Vergata 27 Conclusioni L’esperimento funziona molto bene e promette di realizzare il suo programma di fisica di base con 5 fb -1 nel Poi Super LHCb con 50 fb -1. Circa una trentina di analisi presentate a conferenze nel 2011 (sui dati del 2010) – Grosso balzo in avanti da Febbraio in poi 6 articoli già pubblicati su queste analisi (vedi ad es. B d,s   +   ) e altri in corso di lavorazione. Componente ToV ben piazzata nell’analisi: 6 presentazioni a conferenze nel periodo gen-giu 2011.


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