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1 Langolo della matrice CKM: risultati recenti e prospettive all esperimento BaBar Cecilia Voena INFN Roma I Universita di Roma La Sapienza.

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1 1 Langolo della matrice CKM: risultati recenti e prospettive all esperimento BaBar Cecilia Voena INFN Roma I Universita di Roma La Sapienza

2 2 La violazione di CP nel Modello Standard La matrice CKM (unitaria): CP Il triangolo unitario: = arg(- V ud V ub * ) V cd V cb * ) contiene V ub =

3 3 Constraints su da fit CKM Usando misure o constraints su |V ub |, |V cb |, K, m d, m s => constraints indiretti su = ( ) o Ciuchini et. Al (approccio bayesiano) Vorremmo eseguire misure dirette degli angoli da decadimenti del B: => verificare che si ottengano valori compatibili con quelli dei fit CKM => nuova fisica? regioni permesse per il vertice del triangolo unitario al 68% e 95% CL base del triangolo unitario

4 4 Sorgenti di informazioni su a una B d factory B 0 D (*),, a 1 Molti decadimenti che coinvolgono una transizione b u sono sensibili a b d d c d u d b b d u c d B 0 D - + B 0 B 0 D Stesso stato finale via B 0 B 0 mixing e transizione b u Asimmetria di CP dipendente dal tempo sin(2 + ) arg(Vub) = 2 Interferenza

5 5 Sorgenti di informazioni su a una B d factory (II) B D (*) K (*) b u c u B - D 0 K - u s b u u u c s arg(Vub) = Dipendenza da delle rates e delle asimmetrie di CP dirette linteferenza in stati finali comuni al D 0 e al D 0 + f Interferenza Decadimenti charmless (B K ) => Non trattati in questo talk

6 6 Lesperimento BaBar a PEPII e- e+ (4S) B0B0 B0B0 (o B + B - f B+B- ~ 50%) Energia asimmetrica dei fasci Stato coerente B 0 B 0 Misure di asimmetrie di CP dipendenti dal tempo Dati raccolti (fino a Giugno 2003): 113 fb -1 alla (4S), 126 fb -1 total Esperimento Belle a KEK: Dati raccolti (fino a Giugno 2003): 140 fb -1 alla (4S), 158 fb -1 totali

7 7 da decadimenti B 0 D (*) da decadimenti B 0 D (*) Ampiezza Cabibbo favorita Ampiezza doppio Cabibbo soppressa + + Interferenza delle due ampiezze attraverso il mixing violazione CP fase forte fase debole = dal decadimento, 2 dal mixing misura sensibile a 2 + (*) mixing Nota: gli stati finali D (*) non sono autostati di CP

8 8 Analisi dipendente dal tempo di B 0 D (*) Analisi dipendente dal tempo di B 0 D (*) ~ Ricostruzione dei vertici di decadimento => tempo intercorso tra i decadimenti delle due B Ricostruzione parziale per determinare il sapore Ricostruzione esclusiva dello stato finale B D (*) z e+e+ K-K- Se B tag = B 0 => si e osservato B 0 D (*) Se B tag = B 0 => si e osservato B 0 D (*) (stato coerente) D0D0 K z

9 9 Analisi dipendente dal tempo di B 0 D (*) (II) Evoluzione temporale ideale per decadimenti del B 0 e B 0 in D (*) Osservazioni: - I termini S sono piccoli rispetto ai termini C a causa del valore di r (*) => Piccola violazione di CP, necessaria alta statistica per estrarre S => Non e possibile estrarre dal fit separatamente r (*) e 2 +, nemmeno ad alta statistica (non ce sensibilita sufficiente) e necessario misurare r (*) in modo indipendente fase forte ~0.02

10 10 Analisi dipendente dal tempo di B 0 D (*) (III) La distribuzione in t ideale deve tenere conto degli effetti: Risoluzione finita in t - convoluzione con una funzione di risoluzione a tre Gaussiane i cui parametri sono determinati sui dati (r.m.s risoluzione in t ~1.1 ps). Probabilita di sbagliare la determinazione del sapore - frazione di mistag ~ 20%, determinata sui dati Violazione di CP dal lato del B usato per il tagging - Questo effetto e dello stesso ordine di grandezza di quello del segnale che vogliamo misurare - Leffetto viene parametrizzato in termini di parametri efficaci r e - r e sono ignoti e devono essere determinati dal fit ai dati

11 11 Campione utilizzato per la misura Utilizzati 82 fb -1 alla risonanza della (4S) N(D ) = Purezza = 85 % N(D* ) = Purezza = 94 % massa del B Eventi selezionati segnale fondo combinatorio

12 12 Risultati del fit alla distribuzione temporale BaBar, hep-ex/ – sottomesso a PRL D D * distribuzione temporale per eventi in cui il B tag e decaduto semileptonicamente

13 13 Interpretazione dei risultati in termini di sin(2 + ) Linterpretazione dei risultati in termini di sin(2 + ) richiede la misura dei parametri r (*) misurato non misurabile Approccio che abbiamo seguito: stima dei BR soppressi B 0 D (*)- + dai partner SU(3) B 0 D s (*)- + r (D ) = r (D * ) = Medie BaBar/Belle Ci sono delle incertezze teoriche in questo metodo, difficilmente quantificabili (correzioni SU(3), diagrammi W-exchange): noi abbiamo associato a r (*) un ulteriore errore (teorico) del 30%

14 14 Interpretazione dei risultati in termini di sin(2 + )(II) Lapproccio adottato per r (*) costituisce il maggiore limite per la misura. I teorici hanno proposto altri metodi per la determinazione di r (*) praticabili solo con una statistica molto maggiore di quella disponibile Determinazione di sin(2 + ): Minimizzazione 2 a partire dalle quantita misurate e ai valori di r (*) misurati (indirettamente), rispetto, *,, r,r * 2 non parabolico poiche il range fisico per sin(2 + ) e limitato (-1,1) e gli errori sono grandi (=> grande probabilita di ottenere risultati non fisici)

15 15 Interpretazione dei risultati in termini di sin(2 + )(III) |sin(2 + 68% CL sin(2 + )=0 83% CL 2 confidence level: determinato con tecniche MonteCarlo in un approccio frequentista

16 16 Misura di sin(2 + ) mediante ricostruzione parziale |sin(2 + )|> (95)% CL Ricostruzione parziale del decadimento B 0 D*, D* D 0 : - ricostruzione e combinazione dei due pioni - calcolo della massa mancante dell oggetto che rincula Vantaggi: maggiore statistica Svantaggi: maggiore livello di fondo Risultato di BaBar Complessivamente stessa sensibilita della ricostruzione esclusiva

17 17 Constraints sul piano unitario Regioni permesse per il vertice del triangolo unitario al 68% e 95% CL con il fit CKM (approccio bayesiano) : Fit standard Fit con constraints solo da sin(2 + ) e sin(2 ) favorisce questa soluzione di sin(2 ) zone selezionate da sin(2 + ) M. Bona, M. Pierini. et.al.

18 18 Prospettive future per in B 0 D (*),,,a 1 La misura e limitata dalla incertezza sui parametri r (*). Non ancora chiaro se le nuove vie proposte dai teorici, percorribili ad alta statistica, sono effettivamente prive di incertezze teoriche (e.g. B + D + 0 ) Se il valore vero di sin(2 + ) ~ 1 ( come sembrano indicare i fits CKM al triangolo unitario), che si trova al limite della regione fisica la misura si concludera molto probabilmente sempre con un lower limit Stiamo considerando nuovi canali per la misura di sin(2 + ) : B 0 D (*), a 1. In particolare il modo B 0 D * e molto promettente poiche non richiede la conoscenza dei parametri r (*), anche se richiede una complessa analisi angolare (lo stato finale e VV)

19 19 Misura di da decadimenti B D (*) K (*) Decadimenti B + D 0(*) K (*) con D 0 stato 3-body f i (es. Ks ) accessibile sia al D 0 che al D 0 B+B+ b u u u c s K+K+ D0D0 B+B+ b u c u s u D0D0 K+K+ b u b c fifi A(B + ) = f(m 2 +,m 2 - )+a e i( ) f(m 2 -,m 2 + ) A(B - ) = f(m 2 -,m 2 + )+a e i(- ) f(m 2 +,m 2 - ) Fase debole Fase forte Ampiezze di decadimento del B + (B - ) f i K + (K - ): Ampiezza di Dalitz del D 0 f i m + = massa invariante Ks + m - = massa invariante Ks - a= A(B + D 0 K + ) A(B + D 0 K + )

20 20 Misura di da decadimenti B D (*) K (*) (II) Likelihood fit alle distribuzioni di Dalitz per decadimenti B per estrarre,,a Dalitz plot simulato per D 0 Ks Fetta del Dalitz plot: effetto dell asimmetria di CP con =70 o per D 0 da B + D 0 K + (blu) e B - D 0 K - (rosso)

21 21 Misura di da decadimenti B D (*) K (*) (II) Modi del D 0 : Cabibbo permessi: –K S ( )% –K S KK ( )% Cabibbo soppressi: –KK 0, KK S, 0 ( )10 -1 %, ( )10 -1 %, ( )10 -1 % Doppio Cabibbo soppressi –K 0, K ( )10 -2 %, ( )10 -1 % Scelta delle funzioni di Dalitz f(m 2 +,m 2 - ) introduce una dipendenza dal modello, Belle ha stimato un errore sistematico su di 10 0

22 22 Misura di da B + D 0 K,D 0 Ks : risultato di Belle a= 0.33 ± 10 = 95° ± 23° ± 13° ± 10° = 162° ± 23° ± 12° ± 24° Risultato di Belle su 140 fb -1 : 90% CL: 0.15 < r < ° < < 142° 104° < < 214° Dalitz plots per B - (Ks )K - (destra) e B + (Ks )K + (sinistra) Babar goal: risultato per estate 2004, combinando piu modi del D 0

23 23 Altre possibili misure di da decadimenti B D (*) K (*) Metodo di Gronau, London, Wyler (GLW) Molti modi sono stati proposti: lidea e sempre sfruttare linteferenza in stati finali comuni al D 0 e al D 0 - Misura di B + D CP (*) K (*) - Problema principale: non si puo misurare B + D 0 K + - Attualmente si studia: Metodo di Atwood, Dunietz, Soni (ADS): - Misura di B + [f]K + - f e uno stato finale favorito per il D 0 - Servono molti stati finali Gli errori statistici attuali sono troppo grandi per determinare. Strategia: combinare piu modi insieme

24 24 Sommario e Conclusioni Sono stati fatti notevoli passi avanti nello studio dei decadimenti del B alle B factories da cui si possono ricavare informazioni su : - molti canali utili sono stati identificati - alcuni di essi hanno cominciato a contribuire a porre (non ancora molto stringenti) constraints sullangolo : BaBar B D (*), Belle B - (Ks )K - ) - molta attivita anche in quei modi che potranno contribuire ad alta statistica Molti piu dati e in alcuni casi progressi nella comprensione teorica dei decadimenti del B sono necessari per avere dei limiti significativi su che possano essere utilizzati per verificare la consistenza del triangolo unitario Combinando tutti i modi (BaBar+Belle), si prevede stat ( )~ 7 o per il 2007

25 25 Sorgenti di informazioni su a una B d factory (III) Decadimenti charmless (B K ) b d s d u u Interferenza tra T e P risulta in violazione di CP indiretta e sensibilita a => ancora controversa linterpretazione teorica e la corrispondente estrazione di Questi metodi non verranno approfonditi in questo talk b d u d u s B 0 K + - arg(Vub) = + diagramma ad albero (T) diagramma a pinguino (P)

26 26 Osservazioni sperimentali Piccola asimmetria di CP ( ~ 2r (*) = 4%): E necessario avere un elevato numero di eventi di segnale E importante tenere sotto controllo bias nella ricostruzione di t E stato verificato che il bias e minore di 0.01, esso costituisce il principale effetto sistematico sulla misura E necessario tenere conto della violazione di CP nei decadimenti del B tag - Questo effetto e dello stesso ordine di grandezza di quello del segnale che vogliamo misurare - Leffetto viene parametrizzato in termini di parametri efficaci r e - r e sono ignoti e devono essere determinati dal fit ai dati


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