Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS1 FOCUS mixing and CPV results E831-FOCUS Stato dell’analisi e prospettive Daniele Pedrini INFN-Milano.

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1 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS1 FOCUS mixing and CPV results E831-FOCUS Stato dell’analisi e prospettive Daniele Pedrini INFN-Milano

2 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS2 Over 1 million reconstructed!! Successor to E687. Designed to study charm particles produced by ~200 GeV photons using a fixed target spectrometer with upgraded Vertexing, Cerenkov, E+M Calorimetry, and Muon id capabilities. Includes groups from USA, Italy, Brazil, Mexico, Korea 1 million charm particles reconstructed into D  K , K2 , K3  FOCUS Spectrometer

3 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS3 The FOCUS Collaboration Univ. of California-Davis, CBPF-Rio de Janeiro, CINVESTAV-Mexico City, Univ. Colorado-Boulder, FERMILAB, Laboratori Nazionali di Frascati, Univ. of Illinois-Urbana-Champaign, Indiana Univ.-Bloomington, Korea Univ.-Seoul, INFN and Univ.-Milano, Univ. of North Carolina-Asheville, INFN and Univ.-Pavia, Univ. of Puerto Rico-Mayaguez, Univ. of South Carolina-Columbia, Univ. of Tennessee-Knoxville, Vanderbilt Univ.-Nashville, Univ. of Wisconsin-Madison, Yonsei Univ.-Seoul

4 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS4 High impact Physics Realmente un esperimento di II generazione: FOCUS ha reso la fisica del charm precision physics importante per una corretta comprensione della fisica del b potenzialita` di scoperta di Nuova Fisica nei decadimenti rari, nel mixing e nella ricerca di violazione di CP

5 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS5 High impact Physics Charm is the unique probe of Up-type quark sector Prediction of SM are small, but how small is small ? CP asymmetry ~ 10 -3 D 0 - D 0 mixing ~ 10 -7 -- 10 -10 Rare decays ~ 10 -9 -- 10 -19 High statistics instead of High Energy Large window to search for new physics

6 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS6 Partecipazione italiana e responsabilità 12.5k 20k OMUON TAG SSD HCAL OECAL MWPC STRAW CER BGM IECAL IMUON VETO CONTRIBUTO RILEVANTE NELL’HARDWARE......E ANCOR DI PIÙ NEL SOFTWARE CALORIMETRY CAL.SIMUL. TRACKING MUONS SW STRUCTR EVT DISPLY MCARLO TRIGGER MAGNETS DAQ CERENKOV ITALY 33 USA 35 OTHERS 28

7 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS7 Cronologia E831-FOCUS 1996-1997 Presa dati 1998 Completata la ricostruzione di piu`di 6 Miliardi di eventi 1999-now Sub-skim Analisi Ottimizzazione MC

8 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS8 Attività 2002 Analisi: - Presentazione a conferenze dei risultati - Articoli su riviste Frascati – Spettroscopia degli stati eccitati (L=1) del mesone D, risonanze nel sistema a 6 pioni alla soglia NNbar Milano –Studio dei mesoni charmati: nuovi decadimenti DCS, misure accurate delle vite medie, analisi Dalitz plot dei decadimenti in 3 corpi e ricerca di asimmetrie CP nei Dalitz plots, studio dei decadimenti adronici in 4 e 5 corpi Pavia –Studio dei barioni charmati: misura dei BR dei decadimenti adronici, misura precisa delle vite medie Completato il lavoro di ottimizzazione dei codici di simulazione.

9 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS9 3  + 3  - Mass distribution ( mass resolution unfolded E.Sjontoft NIM 163 (1979) 519 ) M = 1911  4 MeV  = 29  11 MeV - ICHEP2002 -Parallel Session- Stefano Bianco

10 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS10 M = 1753.5  1.5  2.0 MeV  = 122.2  6.2  8.0 MeV Syst.error : Pt cutsPt cuts ID cutsID cuts BW shapeBW shape backgr shapebackgr shape - ICHEP2002 -Parallel Session- Stefano Bianco

11 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS11 FOCUS claims evidence for a new structure in 3  + 3  - at : M = 1911  4 MeV  = 29  11 MeV. P.L.Frabetti et al.,Phys.Lett. B 514, 240 (2001) The existence of the 1.75 GeV enhancement in K + K - is confirmed with a factor 100 increase in statistics. (hep-ex\0208027) No evidence of this state in K s K . The interpretation of the X(1750) remains uncertain. Conclusions - ICHEP2002 -Parallel Session- Stefano Bianco

12 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS12 Outline Hadronic decays Amplitude Analysis of three pseudoscalar channels Semileptonic decays Anomaly in decay New BR of and Lifetimes Precise measurements for and preliminary for First clear evidence (DSCD) First evidence (SCSD) First Dalitz analysis New method for CPV s-wave interference Mixing Prelimary results from and - ICHEP2002 -Parallel Session- Sandra Malvezzi

13 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS13 First observation First clear observation Yield = 65.5  15.0 Yield = 31.4  7.4 hep-ex /0206049 R W c d s s s u d Intervention of resonances coupling both to  and KK or annihilation - ICHEP2002 -Parallel Session- Sandra Malvezzi

14 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS14 Spin 0 Spin 1 Spin 2 and Where Dalitz plot analysis of K - ICHEP2002 -Parallel Session- Sandra Malvezzi

15 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS15 Yield D + = 190  24 S/N D + = 1.0 DCS  D +  K +  +  - Decay fractions and phases NR = 9  5 % (-6  16) ° K*(892) = 43  7 % (208  16)  ° K*(1410) = 12  8 % (133  23)  ° K 2 (1430) = 6  3 % (48  27) ° K*(1680) = 22  10 % (2  20)  °  (770) = 51  10 % (0 fixed) f 0 (980) = 9  5 % (73  31) °  (1450) = 10  5 % (-113  15) ° K +   projection  +   projection Preliminary - ICHEP2002 -Parallel Session- Sandra Malvezzi

16 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS16 D s, D +  KK  D s +  K + K   + D +  K + K   + - ICHEP2002 -Parallel Session- Sandra Malvezzi

17 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS17 K + K   projectionK    projection Yield D + = 7106  92 S/N D + = 8.62 Decay Fraction and phases K*(892) = 20.7  1.0 % (0 fixed)  (1020) = 27.8  0.7 % (243.1  5.2)° K*(1410) = 10.7  1.9 % (-47.4  4.9)  ° K * (1430) = 66.5  6.0 % (61.8  3.8)° f 0 (1370) = 7.0  1.1 % (60.0  5.3) ° a 0 (980) = 27.0  4.8 % (145.6  4.3)° f 2 (1270) = 0.8  0.2 % (11.6  7.0) °  (1680) = 1.6  0.4 % (-74.3  7.5) ° Preliminary - ICHEP2002 -Parallel Session- Sandra Malvezzi

18 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS18 FULL OBSERVATION Dalitz plot = FULL OBSERVATION of the decay COEFFICIENTS and PHASES for each amplitude Measured phase :  =  +  CP conserving CP violating CP conjugate  =   =  -   =  -  E831 a CP =0.006±0.011±0.005 Measure of direct CP violation: D   K  K   asymmetrys in decay rates of D   K  K    CP violation:Dalitz analysis - ICHEP2002 -Parallel Session- Sandra Malvezzi

19 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS19, D +, D - Coefficients: D ±, D +, D - D ±, D +, D - Phases: D ±, D +, D - D + /D - split sample analysis Preliminary! No evidence of CPV K-matrix approach to improve the quality of the analysis - ICHEP2002 -Parallel Session- Sandra Malvezzi

20 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS20 Can we get a pure  s  CP odd from D 0  K s K + K - ?  s  is a CP odd state: Ks and  are CP even  s  is in a relative p-wave with parity -1  s f 0 (980) is a CP even state: Ks and f 0  are CP even  s f 0 (980) is relative s-wave with parity +1 Two states interfere in same region in Dalitz plot: Is there a pure CP odd eigenstate near the  ? No. A CP even eigenstate will be present with a non-negligible fraction. Tagged sample K+K-K+K- K s K asymmetry in  lobes indicates interference Suggests But Fraction of events in the  region due to  K s is:

21 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS21 K s  CP odd purity can be improved with a tighter cut The contaminating f0 fraction rapidly reduces as we narrow the phi region from 50 MeV to 4 MeV Tagged sample K+K-K+K- K s K Fraction of events in the  region due to  K s is: Now

22 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS22 ICHEP2002 -Plenary Session- Achille Stocchi

23 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS23 ICHEP2002 -Plenary Session- Achille Stocchi

24 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS24 ICHEP2002 -Plenary Session- Achille Stocchi

25 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS25  c lifetime

26 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS26  is the relative strong phase only statistical error ! FOCUS K+  - New Mixing Results Preliminary.... towards CLEO & a big relative phase @ 95% C.L.

27 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS27  c   BR measurement of   c  decays into states containing   Th: Complicated dynamics for charm baryon decays W-exchange - investigation of the W-exchange contribution  c  CS modes - inputs for  c  lifetime from CS modes  Exp: low accuracy for many BR Yield=523  35 Yield=1666  60   FOCUS reconstructs  candidates through the modes:  c   +  +  -  c   -  +  +  Our largest samples:  c   +  +  - and  c   -  +  +  + p  0 n  +  +  p  0 /n  +  - n  -  -  n  - FOCUS preliminary: (stat error only ) Only previous measurement by E687: - ICHEP2002 -Parallel Session- Cristina Riccardi

28 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS28 Particolarita` di FOCUS l’alta statistica associata all’eccellente qualita` dei dati ed ad una comprensione notevole del rivelatore hanno consentito di sviluppare una simulazione Monte Carlo in grado di simulare gli effetti QM osservati nei dati due esempi interessanti

29 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS29 Il problema ISOLATION 1 ISO1 =: la probabilita` (miglior CL) che una delle tracce del secondario sia associata al primario legato alla distribuzione angolare degli stati finale del decadimento usualmente la correlazione angolare tra gli stati finali e` trascurata. Per esempio il decadimento D0 K *0  0 e` solo phase space. questa e` l’assunzione di LUND (Pythia) event generator

30 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS30  primario Tipico esempio di fotoproduzione di charm L Bersaglio (BeO)  D0D0 K-K- ++  secondario Evento D 0  K -  +  -  +  - - ++

31 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS31 LUND decays

32 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS32 Il problema ISO1 La distribuzione angolare del decadimento D 0  K *0  0 e` abbastanza complicata:

33 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS33 D 0 -> K -  +  -  + E691 MC con rejection method

34 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS34 New results on Our K  spectrum looks like 100% K*(892) This has been known for about 20 years...but a funny thing happened when we tried to measure the form factor ratios by fitting the angular distributions

35 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS35 An unexpected asymmetry in the K* decay forward-backward asymmetry in cos below the K* pole but almost none above the pole Sounds like QM interference A 4-body decays requires 5 kinematics variables: 3 angles and 2 masses

36 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS36 Try an interfering spin-0 amplitude will produce 3 interference terms (plus mass terms) We simply add a constant amplitude in the place where the K* couples to an m=0 W+ with amplitude Phys.Lett.B535,43, 2002

37 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS37

38 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS38 New FOCUS semileptonic BRs & Form Factors All values consistent with their average value with a CL of 19% Our number is 1.59 standard deviation below CLEO and 2.1 standard deviation above E691

39 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS39 Form Factor Ratios Our analysis is the first to include the effects on the acceptance due to changes in the angular distribution brought about the s-wave interference rad

40 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS40 Stato dell’analisi e prospettive Nel periodo Giugno 2001-Giugno 2002 sono stati pubblicati 13 articoli su riviste internazionali Entro la fine del 2003 sono previste altre 35 pubblicazioni Nel settore della fisica del charm ogni singola misura di E831 rappresenta la miglior determinazione di quella quantita`

41 Commisione I, Settembre 2002 E831-FOCUS41 Conclusioni Importante attivita` di analisi in corso sulla fisica del charm.Notevoli passi avanti nella comprensione dei meccanismi di decadimento e produzione. Peculiarita` di FOCUS. Stato dell’arte nelle misure di vita media, nelle analisi Dalitz e nei decadimenti semileptonici. Anche se alle B-factory ( BaBar e BELLE) la statistica di charm ricostruiti sta superando la statistica raccolta da FOCUS, riteniamo fondamentale che FOCUS completi tutte le analisi fisiche.