1 Violazione di CP nei B Interpretazione del modello a quark: (b = +1) (b =  1) Perche’ e’ importante?  settore dei B molto piu’ ricco dei K  con effetti piu’ grandi (~10% nelle quantita’ misurate) rispetto al settore dei K (~0.2%); penalita’: canali abbastanza rari (Br da fino a )  ma soprattutto molte quantita’ sperimentalmente osservabili sono direttamente correlabili a parametri fondamentali dello S.M. Outline  metodi di produzione e di identificazione dei B  previsioni dello SM per la violazione di CP nei B  misure sperimentali (BABAR, BELLE)

2 Modi di produzione dei B Produzione adronica  > Data la massa del quark b (~5 GeV), i B NON si trovano nei raggi cosmici o in radioattivita’ naturale.  > In produzione su targhetta fissa (fotoproduzione, protoni su idrogeno,..) la soglia di produzione e’ abbastanza alta ed i fondi sono elevati. Esercizio: calcolare l’energia minima per produrre il b nella reazione p+H. [71GeV]  La produzione a collider adronici produce B in grande quantita’ Ad esempio a CDF e D0 (protone-antiprotone 1+1 TeV) la sezione d’urto di produzione di una coppia di b+anti-b e’ di circa 50  barn, con una energia media dei B prodotti di circa 10 GeV. (Una luminosita’ di => 50Hz!). Ad LHC (8+8 TeV) l’energia media sara’ di circa 30 GeV. Il rovescio della medaglia consiste nel fondo adronico (  ~50mb) e quindi nella necessita’ di triggerare sugli eventi interessanti. E’ una produzione incoerente, in cui lo stato di un B evolve in modo indipendente dall’altro B prodotto. Esercizio: Calcolare lo spettro in impulso del  + nel decadimento B 0 ->  +   a CDF.

3 Modi di produzione dei B Produzione e+e-  In collider e+e- sotto una risonanza. Risonanze tipiche sono la  4S (10580) che decade esclusivamente in B+B- (50%) ed in B d -antiB d (50%), e la  5S che decade anche in B s -antiB s. La risonanza piu’ importante e’ senza dubbio la  4S, dove lavorano gli esperimenti CLEO, BABAR e BELLE. E’ una produzione coerente, in cui i due B evolvono in modo dipendente. Inserendo le correzioni radiative (nello stato iniziale e+e-) e la risoluzione dei fasci (3-6 MeV) la sezione d’urto efficace (quella con cui fare i conti!) e’  EFF = 1.1 nb Esercizio: quali sono i fondi? Che sezione d’urto hanno?  In collider e+e- ad energie ben sopra la soglia (esempio KEK, LEP).Il processo elementare e’ la produzione di b – anti-b (tramite il fotone o lo Z). E’ una produzione incoerente, in cui un B evolve in modo indipendente dall’altro. Le sezioni d’urto sono:

4 Produzione incoerente di B Le probabilita’ che un quark b diventi un adrone stabile sono state misurate a LEP. Il rivestimento dell’antiquark si assume indipenendente da quello del quark. Esercizio: effettuare una shematizzazione – tipo quella sopra – per i collider adronici Eventi a (due) jet -> vedere gli eventi di ALEPH Esercizio: calcolare il numero di B+ prodotti in un anno a LEP e CDF TAGGING! altri adroni , K,..

5 Produzione coerente di B neutri alla Y 4S Si produce una coppia di bosoni nel decadimento di una risonanza 1  : Collider simmetrici (CLEO exp): i B sono praticamente fermi nel CM (k cm ~340MeV)=>  ~0.06 Collider asimmetrici (BABAR, BELLE exp): i B si muovono quasi paralleli ai fasci (E lab ~6.05GeV)*=>  ~0.56* (*) dato di BABAR (PEP2) Nota: BELLE (KEK2) usa GeV

6 Come si identifica un B? Vedere i trasparenti sulle TECNICHE di VERTEXING!

7 Formalismo dei B neutri In analogia con i K: (Si e’ assunto CPT invariance) Spesso si approssima  H =  L = 

8 dettaglio di  H -  L nei B neutri Per il B d  e’ piccolo perche’ e’ piccola la frazione di autostati di CP accessibili. Diagrammi adronici dominanti. Gli autostati di CP si raggiungono solo con un K neutro (L o S). Effetto previsto ~<1% BdBd Diagrammi adronici dominanti. Gli autostati di CP si raggiungono con sc nello stato finale; ud non contribuisce. La frazione di tali decadimenti e’ 3 (sc+color) / [ 3 (ud) + 3 (sc) + 3 (leptons) ~ 30%. Puo’ aversi un effetto ~10%! BsBs Per il B s  non e’ piccolo perche’ la frazione di autostati di CP accessibili e’ rilevante

9 Violazione di CP nei B: a) CP diretta Come nei K: due ampiezze diverse che portano alle stesso stato finale. i f 1 2 deboleforte a k = modulo dell’ampiezza del processo k (k=1,2) Nei B NON ancora scoperta: si aspetta da BABAR/BELLE

10 Violazione di CP nei B: a) CP diretta - esempio Esempio che stiamo studiando in BABAR ( e in BELLE): B-> DK. Non e’ il canale con la maggiore asimmetria, ma e’ correlabile a  ! => A CP expected ~ 10%

11 Violazione di CP nei B: b) CP nel mixing Ipotizziamo che il a t=0 il secondo B sia un B 0 (per esempio il primo e’ decaduto in e  ) E’ l’analogo di  nei K. Si effettua un “flavor tagging” al tempo t=0 di uno dei due B prodotti, e si osservano i decadimenti “flavor specific” dell’altro al tempo t.

12 Violazione di CP nei B: b) CP nel mixing Se invece: Non ci porta informazioni, se non un controllo su CP diretta Ci permette di misurare q/p, ma e’ molto difficile! Per ora solo upper limits

13 Violazione di CP nei B: c) CP nell’interferenza fra mixing e decay Ipotizziamo che il a t=0 il secondo B sia un B 0 (per esempio il primo e’ decaduto in e  ). Poniamo anche  =0 Non ha un analogo nei K. Si effettua un “flavor tagging” al tempo t=0 di uno dei due B prodotti, dell’altro si osservano i decadimenti in un autostato |f> di CP al tempo t.

14 Violazione di CP nei B: c) CP nell’interferenza fra mixing e decay Analogamente:  f autovalore di CP dello stato |f>

15 Violazione di CP nei B: c) CP nell’interferenza fra mixing e decay Infine si misura: Remind: Attenzione: in produzione coerente l’asimmetria integrata risulta nulla! Occorre quindi misurare t ed effettuare un fit. Issue: correlazione allo SM? -> next slides

16 Violazione di CP nei B: c) CP nell’interferenza fra mixing e decay per i seguenti processi: 1) B  D  D  leading process -sin(2  ) 2) B     leading process (ci sono i pinguini) sin(2  )

17 Violazione di CP nei B: c) CP nell’interferenza fra mixing e decay 3) B  K S leading process sin(2  ).. ma si deve considerare anche il q/p del K:    sin(2  ) = sin(  -2  ) = sin(2  )

18 Matrice di K.M.   1  