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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.

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1 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Violazione di CP nel sistema dei B con il rivelatore BaBar Concezio Bozzi INFN Ferrara Maggio 2004

2 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Indice Introduzione alla violazione di CP Il mesone B 0 d come laboratorio di CP Lapparato sperimentale:caratteristiche e prestazioni Misure di Sin2 Prospettive future e conclusioni

3 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Violazione di CP nel sistema dei B con il rivelatore BaBar (I) Introduzione alla violazione di CP cf. BaBar Physics Book, SLAC-R-504, Capitolo 1

4 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Perché la violazione di CP è interessante E di importanza fondamentale –Necessaria per spiegare lasimmetria materia-antimateria nelluniverso 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 lasimmetria materia-antimateria nelluniverso –Cè qualcosa oltre il Modello Standard…

5 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Storia della violazione di CP 1964: Violazione di CP nei decadimenti dei Kappa (Nobel) Wolfenstein postula lesistenza di una nuova forza, chiamata Superdebole, responsabile della violazione di CP nel mixing K 0K 0 e praticamente di nientaltro 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 B d, con vita media grande ~ 1ps 1986: Osservazione di oscillazioni materia-antimateria (mixing) nel sistema dei mesoni B d 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

6 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 La matrice CKM (V) Gli elementi V ij descrivono gli accoppiamenti elettrodeboli del W ai quark. Mescolamento tra gli autostati di massa dei quark a carica -1/3 per dare gli autostati dellhamiltoniana debole. La matrice CKM è unitaria, con 4 parametri indipendenti (3 angoli e una fase) Gli elementi V ij descrivono gli accoppiamenti elettrodeboli del W ai quark. Mescolamento tra gli autostati di massa dei quark a carica -1/3 per dare gli autostati dellhamiltoniana debole. La matrice CKM è unitaria, con 4 parametri indipendenti (3 angoli e una fase)

7 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 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

8 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio B f 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

9 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Parametrizzazione di Wolfenstein della matrice CKM Fasi u d t c bs Grandezze relative Espansione in =0.22. Si ignorano i termini del 4 o ordine in. 4 parametri:

10 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Il triangolo di unitarietà Le asimmetrie di CP nei decadimenti dei B dipendono dagli angoli del triangolo di unitarietà Condizione di unitarietà per la prima e terza colonna: dbs u t c Tutti i lati di ordine 3 Violazione di CP area del triangolo Test di unitarietà: il triangolo si chiude ?

11 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Misura della violazione di CP nel sistema dei B con il rivelatore BaBar (II) Il mesone B 0 d come laboratorio di CP

12 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 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 per i K Mesoni B 0 prodotti e rivelati facilmente B 0 = bd, B 0 = bd, B + = bu, B - = bu Contenuto in quark dei mesoni B

13 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Osservabili che violano CP Per generare unosservabile 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 possibili meccanismi 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 nellinterferenza tra decadimenti con e senza mixing d b W d u u d B0B0 B0B0 B0B0 b bd d u,c,tu,c,t u,c,tu,c,t W W

14 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Violazione di CP diretta Si osserva violazione di CP diretta nel decadimento se –Nel Modello Standard, la CP coniugata di unampiezza può differire solo di una fase: CP A Bf = exp(-i) A Bf Le condizioni per la violazione di CP nel decadimento: – esistono almeno 2 ampiezze di decadimento, per esempio –Le ampiezze hanno 2 fasi: CP A Bf = e -i ( f + f ) A Bf 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 –Linterpretazione CKM di una violazione diretta di CP è complicata I calcoli teorici delle fasi forti sono complicati… (B f) (B f) = |A 1 + A 2 |

15 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 –0.095±0.028 a 3.4σ effect Misure statisticamente limitate ancora per anni Misure di violazione diretta di CP

16 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Violazione di CP indiretta: il mixing B 0 -B 0 I mesoni B 0 e B 0 oscillano tra di loro con una frequenza sperimentalmente rivelabile! –Gli autostati di sapore sono diversi dagli autostati dellinterazione debole –Transizione debole al secondo ordine –Frequenza di oscillazione M(B 0 )-M(B 0 ) m d 0.5 ps -1 –Condizione per violazione di CP nel mixing: –Mixing dominato dal diagramma con il quark top grandezza della violazione di CP(m b /m t ) 2 1 –Violazione di CP nel mixing piccola nel sistema dei B B ~ 10 -3

17 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Violazione di CP nellinterferenza 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: B 0 (t) f CP B0B0 B0B0 B 0 (t) f CP B0B0 B0B0 Stato iniziale Stato iniziale Autostato di sapore Autostato di CP Autostato di sapore Autostato di CP p/q 1

18 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Violazione di CP nellinterferenza tra Mixing e Decadimento Probabilità di osservare lautostato di CP f CP al tempo t: Asimmetria CP osservabile A cp (t)=( F + (t) - F - (t) )/( F + (t) + F - (t) ) Se ||=1 Autovalore di CP Rapporto ampiezze B 0f cp /B 0f cp – Lasimmetria di CP è dipendente dal tempo – o per osservare violazione di CP – violazione di CP diretta 1

19 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Ampiezze dominanti per il decadimento b ccs: Entrambe hanno la stessa fase debole:, nessunaltra 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 allinterferenza tra le ampiezze dovute al mixing e al decadimento Il modo aureo: b->c c s b d c c s d W-W- b d s c c d W-W- t g AlberoPinguino

20 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Linterpretazione CKM del modo aureo Consideriamo B 0 J/ K 0 S (il mixing del K 0 è fondamentale!): B 0 mixingDecadim.K 0 mixing V td V tb * V ud V ub * * V cd V cb β A cp (t) = cp sin(2) sin(m t) A cp (t) = Im sin (m t)

21 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Altri angoli? Misura di beta: abbiamo sfruttato linterferenza 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 +

22 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Langolo alfa. Occorre un decadimento del B 0 in un autostato di CP dominato dalla transizione b u. Si effettua unanalisi dipendente dal tempo –Esempio classico: B 0 +. Assumendo che il diagramma ad albero b u 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 A cp (t) = cp sin(2) sin(m t)

23 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 (II) Lapparato sperimentale: caratteristiche e prestazioni Violazione di CP nel sistema dei B con il rivelatore BaBar

24 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Produzione di mesoni B 0 Electron-Positron collider: e + e - (4s) B 0 B 0 –Coppie di mesoni B solo dalla risonanza 4S –Bassa sezione durto di produzione B 0 : ~1 nb –Sperimentalmente pulito, produzione B 0 B 0 coerente Approccio B-Factory

25 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 At t cp =0 B0B0 B0B0 Proprietà della produzione B 0 B 0 coerente Il sistema B 0 B 0 evolve in maniera coerente fino al decadimento di un mesone –Lorologio che misura CP/Mixing entra in funzione allistante del primo decadimento, tutto dipende da t: –I B hanno sapore opposto a t=0 –Circa metà delle volte t<0 Lasimmetria integrata nel tempo è 0: Occore fare unanalisi dipendente dal tempo t = t CP - t OtherB Incoerente At t=0 B0B0 B0B0 Coerente

26 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Tecniche sperimentali per misurare asimmetrie dipendenti dal tempo Grosso campione di eventi B 0 B 0 in cui un B 0 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 dellaltro B –Buona identificazione delle particelle Misurare il tempo proprio dei decadimenti –Impulso del B 0 nel riferimento della Y(4s) piccolo (~300 MeV), separazione spaziale dei mesoni B 0 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.

27 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Lanello di accumulazione PEP-II PEP-II accelerator schematic and tunnel view

28 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Parametri di PEP-II ParameterDisegnoRaggiunti Energia LER3.1 GeV Energia HER9.0 GeV N. di bunch Corrente LER2140 mA2430 mA Corrente HER750 mA1380 mA Vita media LER240 min.200 min. Vita media HER240 min.660 min. Beam size x 222 m190 m Beam size y 6.7 m6.0 m Luminosità3 x x Correnti alte 4ns bunch crossing B 0 /anno Boost: = 0.56

29 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Luminosità di PEP-II Da Maggio 1999: 183 fb -1 sulla risonanza Y(4s) –Altri 17 fb -1 sotto la Y(4s) 192 x 10 6 coppie BB –Assumiamo B 0 B 0 :B + B - = 1 L di 1 fb -1 contiene (in media) 1 evento per un processo con una sezione durto di 1 fb 1 fb -1 = 10 6 coppie BB

30 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Lesperimento BaBar

31 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Italy[12/101] INFN, Bari INFN, Ferrara Lab. Nazionali di Frascati dell' INFN INFN, Genova & Univ INFN, Milano & Univ INFN, Napoli & Univ INFN, Padova & Univ INFN, Pisa & Univ & ScuolaNormaleSuperiore INFN, Perugia & Univ INFN, Roma & Univ "La Sapienza" INFN, Torino & Univ INFN, 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 Birmingham U of Bristol Brunel U U of Edinburgh U of Liverpool Imperial College Queen Mary, U of London U of London, Royal Holloway U of Manchester Rutherford Appleton Laboratory USA[38/300] California Institute of Technology UC, Irvine UC, Los Angeles UC, Riverside UC, San Diego UC, Santa Barbara UC, Santa Cruz U of Cincinnati U of Colorado Colorado State Florida A&M Harvard U of Iowa Iowa State U LBNL LLNL U of Louisville U of Maryland U of Massachusetts, Amherst MIT U of Mississippi Mount Holyoke College SUNY, Albany U of Notre Dame Ohio State U U of Oregon U of Pennsylvania Prairie View A&M U Princeton U SLAC U of South Carolina Stanford U U of Tennessee U of Texas at Austin U of Texas at Dallas Vanderbilt U of Wisconsin Yale Canada[4/20] U of British Columbia McGill U U de Montréal U of Victoria China[1/5] Inst. of High Energy Physics, Beijing France[5/51] LAPP, Annecy LAL Orsay LPNHE des Universités Paris VI et VII Ecole Polytechnique, Laboratoire Leprince-Ringuet CEA, DAPNIA, CE-Saclay Germany[4/31] Ruhr U Bochum Technische U Dresden Univ Heidelberg U Rostock The BaBar Collaboration 10 Countries 77 Institutions 593 Physicists

32 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Il rivelatore BaBar Instrumented Flux Return 19 strati di RPC Magnete da 1.5 T Rivelatore Čerenkov 144 barre di quarzo Camera a deriva Calorimetro EM 5680 cristalli di CsI Tracciatore di vertice a silicio 5 strati di silicio a doppia faccia

33 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 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 0 0 e - beame + beam

34 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Tracciatore di vertice a silicio Beam pipe Layer 1,2 Layer 3 Layer 4 Layer 5 Beam bending magnets Readout chips

35 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Camera a deriva 40 strati di fili allinterno del campo magnetico da 1.5 Tesla Misura dellimpulso delle particelle cariche Misura della perdita di energia per ionizzazione (particle ID)

36 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Rivelatore Čerenkov Luce Čerenkov nel quarzo –Trasmessa per riflessione interna –Anelli proiettivi nella standoff box –Rivelazione con fotomoltiplicatori –Essenziale per identificare K >2 GeV

37 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 EMC: Calorimetro elettromagnetico: / 0 /e ID 6580 cristalli di CsI(Tl), con lettura tramite fotodiodi Circa 18 X 0, dentro il solenoide Eccellente risoluzione in energia, essenziale per 0 = 5.0% 0

38 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Instrumented Flux return: identificazione μ, K L Fino a 21 strati di RPC alternati a piani di ferro Identificazione di muoni oltre 500 MeV Rivelazione di adroni neutri (K L )

39 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Prestazioni della particle ID Kappa Efficienza: 70-90% misID pioni: 1-7% Dipendente dallimpulso Muoni Efficienza: 60-75% misID pioni: <3% Elettroni Efficienza: 90% misID pioni:<0.2%

40 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Ricostruzione degli eventi online & offline Tasso di collisioni al punto dinterazione: 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 allora! 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

41 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Efficienza di raccolta dei dati Efficienza giornaliera Luminosità integrata giornalmente Valore di disegno

42 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 (III) Misure di Sin2 Misura della violazione di CP nel sistema dei B con il rivelatore BaBar

43 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Schema generale delle misure di sin2 Ia: Ricostruzione completa di autostati di CP (p.e. B 0 J/ K S ) III: Misura precisa del tempo proprio sfruttando z ~ ct II: Etichettatura del sapore iniziale del B 0 CP/Mix usando laltro B

44 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio tag B Etichettatura Ricostruzione esclusiva in autostati di CP Tempo proprio ~1.6ps distanza ~0.25mm! Fasci asimmetrici: Y(4S) con boost ~0.55 Schema generale delle misure di sin2

45 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Effetti sperimentali sulla misura di CP t vero, etichettatura perfetta t vero, etichettatura imperfetta t misurato, etichettatura imperfetta F(t) A CP (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.

46 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Ia: Modi Aurei: J/ K S ( + -, 0 0 ), (2s) K S ( + - ) Si ricostruiscono 2 variabili cinematiche independenti per ciascun candidato B ricostruito Si sfrutta il vincolo dellenergia dei fasci per migliorare la risoluzione m es : B 0 (2s) K S m es : B 0 J/ K S m es : B 0 J/ K S ( 0 0 ) Taglio a 3 sul E

47 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 II: Etichettatura del sapore iniziale del B 0 CP Determinato dal sapore dellaltro 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 + bc W-W- l-l- b W-W- cs W-W- b K -, b K +

48 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Effetto di una etichettatura imperfetta Sia sul valore che sullerrore dellasimmetria: Efficienza efficace di etichettatura Fattore di diluizione Efficienza delletichettatura Frazione di mistag Valore Precisione

49 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 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 B z ~ 190 m CP B z ~ 70 m J/ K0K0 z t z/c c B 250 m z (m) B 0 flavour sample CP sample

50 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Un evento aureo Y(4s) B 0 J/ K S ( + - ) B 0 K - X z I:autostato CP II:etichettatura del sapore III: misura del:t

51 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Eventi selezionati Campione di circa ~1500 candidati Ks (purezza ~94%) a partire da 88 x 10 6 coppie BB Circa 500 eventi KL con purezza 55% Variabili cinematiche: ES

52 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Distribuzioni t e Asimmetrie CP=-1 CP=+1 Eventi con K S Eventi con K L

53 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 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 =

54 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Interpretazione dei risultati Test di precisione del triangolo di unitarietà Accordo eccellente con le misure indirette sin(2 ) = ± (stat) ± (syst) per I modi aurei K : violazione di CP nel K 0 -K 0 –Diagrammi a scatola con quark t e c |V ub /V cd |: V ub decadimenti semileptonici del B senza charm m s /m d : B s e B d mixing –Le incertezze teoriche si cancellano nel rapporto m d : B0 mixing m d |V td V* tb | 2

55 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Sin2: altri modi di decadimento? Modi aurei: il modello CKM per la violazione di CP ha superato i primi test di precisione! –J/ K S, J/ K L, altro charmonio Per consistenza, S=sin2e C=0 per tutti i decadimenti del B 0 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 b s – Sensibilità a nuova fisica: particelle virtuali non-SM (supersimmetriche?) nei loop? – Occorre valutare con precisione eventuali contributi SM soppressi con diverse fasi deboli – K 0, K 0, 0 K 0

56 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 sin2 dai pinguini… B 0 K s, B 0 K s, B 0 K s sono dominati da pinguini b s –Pinguino col quark u ha fase debole diversa () ma è soppresso (0.02) S = sin2, C = 0Domina il diagramma V ts V tb * allora: S = sin2, C = 0 Limiti sul contributo dovuto al diagramma ad albero Naïve flavor symmetry T/P |- f S f – sin2 | K s 0.0 < 0.3 (<0.04) K s ~0.02 < 0.4 (<0.09) K s ~0.04 <

57 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 … misure difficili: B 0 K s S s = 0.45 ± 0.43 (stat) ± 0.07 (syst) C s = ± 0.37 (stat) ± 0.12 (syst) B A B AR 110 fb 110 fb B A B AR 110 fb 110 fb eventi

58 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Sin2: riepilogo dei risultati Risultati interessanti ma non ancora definitivi! Media pinguini b s sin2 =

59 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Misura della violazione di CP nel sistema dei B con il rivelatore BaBar (IV) Risultati e prospettive per e

60 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Whats next… ( ) (0,0)(1,0) B.R. ~10 - 7, difficile!! B.R. ~ qualche …e qualche incertezza teorica… Molto pulito, B.R. ~ B 0 d B 0 dDK B 0 dJ/K 0 S B X u lB.R. Oscillazioni, m d ~ 0.5 ps -1

61 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Langolo alfa. Occorre un decadimento del B 0 in un autostato di CP dominato dalla transizione b u. Si effettua unanalisi dipendente dal tempo –Esempio classico: B 0 +. Assumendo che il diagramma ad albero b u 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 A cp (t) = cp sin(2) sin(m t)

62 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 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 lanalisi time-dependent diventano Linterpretazione teorica dei termini (S,C) diventa più complicata!

63 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 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 0 0 ha branching ratio piccolo. 2 -

64 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Il decadimento B 0 0 –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 0 0 Babar hep-ex/

65 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Il decadimento B Branching ratio molto piccolo: ~10 -6 Fondo principale da eventi di continuo. Altro fondo: B+ + 0,( )

66 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Un candidato B 0 0 m es = GeV/c 2 E = GeV Il fotone meno energetico ha energia di 290 MeV. Laltro B nellevento ha un K e un ± da decadimento di un D* ±. 0 0

67 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio e il limite di Grossman-Quinn Medie mondiali: – 0 0 : (1.9±0.5)x10 -6 – ± 0 : (5.3±0.8)x10 -6 Limite praticamente inutile, dato che il BR(B 0 0 ) è relativamente grande. Necessaria lanalisi completa di isospin! +2 2

68 Considerazioni sullanalisi di isospin Attenzione alle ambiguità: –Linevitabile 2 eff vs -2 eff –I triangoli di isospin sono orientabili tra loro in 4 modi ( 4 valori per 2-2 eff ) 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( 0 0 ) ai limiti attuali inferiore e superiore true =/2

69 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 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/ hep-ex/

70 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio % CL Penguin pollution nel sistema Limite di Grossman-Quinn per il sistema Si assume solo componente longitudinale (a CP=+1) Babar hep-ex/ Belle hep-ex/ Molto meglio del sistema !

71 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Misura dipendente dal tempo di B fb -1 NB: analisi di isospin con parecchie assunzioni PRELIMINARY S C

72 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Prospettive per da B

73 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Gamma – Missione impossibile? Si misura direttamente la fase di b u ( ) relativa alla fase b c (0). Canale più immediato: B DK Per fare interferire queste ampiezze, occorre prendere decadimenti accessibili sia dal D 0 che dal D 0

74 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Gamma da B DK Contributo relativo delle 2 ampiezze Auspicabile r b grande per avere più interferenza. R u è il lato sinistro del triangolo di unitarietà (~0.4) F cs è un fattore sconosciuto dovuto alla soppressione di colore. Presumibilmente nellintervallo [0.2,0.5].

75 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 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 %). r b potrebbe essere piccolo. Ambiguità discrete… Le ampiezze di decadimento di D 0 e D 0 sono uguali per costruzione Gamma da B DK: metodo GLW CP=+1: +,K + K CP=-1: K s 0, K s 0

76 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Gamma da B DK: metodo ADS Atwood, Dunietz e Soni: interferenza tra ampiezze simili Complementare al metodo GLW –BR complessivo più piccolo. –Interferenza maggiore. favorito soppresso GLWADS

77 Concezio Bozzi, INFN Ferrara, Maggio 2004 Conclusioni Linterpretazione CKM della violazione di CP ha superato un primo test (sin2). Lanomalia nella misura di sin2 tramite pinguini b s 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).


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