VI. Fizyka zapachu, Macierz CKM, Łamanie CP

1

r. akad. 2011/2011

Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II

VI. Fizyka zapachu, Macierz CKM, Łamanie CP

2

r. akad. 2011/2011


Parametryzacja Wolfensteina macierzy CKM I Łamanie CP

3

r. akad. 2011/2011


4

r. akad. 2011/2011


5

r. akad. 2011/2011


Trójkąt unitarności

6

r. akad. 2011/2011


7

r. akad. 2011/2011


8

r. akad. 2011/2011


Vcb i Vub

Najlepiej wyznaczone z inkluzywnych rozpadów semileptonowych b:

• CLEO w Cornell (upsilon 4S)

e e b b

lX

l'X'

9

r. akad. 2011/2011


10

r. akad. 2011/2011

Vub CLEO i inni


11

r. akad. 2011/2011


Rozpady semileptonowe ekskluzywne

12

r. akad. 2011/2011


13

r. akad. 2011/2011

Mieszanie w sektorze

K0 i B0


14

r. akad. 2011/2011

Mieszanie D0-D0bar


15

r. akad. 2011/2011

BELLE 2007


16

r. akad. 2011/2011

Mieszanie D0-D0bar (2)


17

r. akad. 2011/2011

BABAR 2007


18

r. akad. 2011/2011

Mieszanie D0-D0bar (3)

• Na poziomie 3-4 odchyleń standardowych zaobserwowano mieszanie w układzie D0

• LHCb zaobserwowało łamanie CP w sektorze cząstek powabnych w 2011


19

r. akad. 2011/2011

LHCb 2011


20

r. akad. 2011/2011

LHCB 2011


21

r. akad. 2011/2011

LHCb 2011


22

r. akad. 2011/2011


23

r. akad. 2011/2011


24

r. akad. 2011/2011


25

r. akad. 2011/2011

LHCb2011


26

r. akad. 2011/2011

LHCb 2011


27

r. akad. 2011/2011

Parametry mieszania neutralnych mezonów

Układ Δm =1/Γ x=Δm / Γ y= ΔΓ / Γ

L-S= (3.483±0.006)×10-12 MeV

S=(0.8953±0.0006)×10-10s L=(5.18±).04)×10-8s

H-L= (3.304±0.046)×10-10 MeV

0.771±0.012

H-L= (3.304±0.046)×10-10 MeV


00B Bd d

0 0s sB B

0 0D D

0 0K K

28

r. akad. 2011/2011

Oscylacje B0


29

r. akad. 2011/2011

Belle Experiment

1.3 million B B pairs / day

Total ~770 106 B

_

_

30

r. akad. 2011/2011

OBSERWACJA FAZY MACIERZY CKM

B f Co najmniej dwie amplitudy:

porównywalnej wielkości

efekty znacznie słabsze gdy

A2<< A1

31

r. akad. 2011/2011

g sinsin||||2)()(

)()(21 AA

fBfB

fBfBACP

lipiec 2004

CPV w rozpadach

275M BB B0 Kp

_ B0 Kp

ACP = -0.101 0.025 0.005 3.9s

ACP = -0.133 0.030 0.009 4.2s )()(

)()(

fBfB

fBfBACP

(B0 K-p+) = (B0 K+p-) ?

b

W-

u

d d

s

u

0B

K

p

b

W- s

d

u

0B pu

K

d

50 108.1)( pKBBr

Vub

t

015.0093.0)(

2006 BaBar Belle

pKACP

32

r. akad. 2011/2011

Lamanie CP w sektorze B


33

r. akad. 2011/2011


34

r. akad. 2011/2011


35

r. akad. 2011/2011

t =0

Jak mierzyć d/dt

B 0

(4S)

The two mesons oscillate

coherently : at any given

time, if one is a B0 the other

is necessarily a B0

In this example, the tag-side

meson decays first.

It decays semi-leptonically

and the charge of the lepton

gives the flavour of the tag-

side meson :

l = B 0 l = B 0.

Kaon tags also used.

tag B 0 l (e-, m -) bg =0.425

Dz = Dt gbc rec

sK

Dt picoseconds

later, the B 0 (or

perhaps it is now

a B 0) decays.

B 0

l

l

d

0B b

W

At t=0 we

know this

meson is B0

36

r. akad. 2011/2011

B0 J/ KS

B0 tag _ B0 tag

0 B0 J/ KL

B0 tag _ B0 tag

0

ACP(Dt) = -xCPsin2βsinDmDt

sin2β= +0.643 ±0.038 sin2β= +0.641 ±0.057

hep-ex/0608039 sin2β= 0.642 ±0.031 (stat) ±0.017 (syst)

37

r. akad. 2011/2011

B0 J/ K0 : 535106 parBB

B0 J/ KS B0 J/ KL

Nsig = 7482

Purity 97 %

CP odd

Nsig = 6512

Purity 59 %

CP even

0

0

hep-ex/0608039

38

r. akad. 2011/2011

2006: BaBar + Belle

• CPV ~O(1) !

• faza CKM wyznaczona bez

niepewności hadronowych

(w przeciwieństwie do ε, ε’ z

rozpadów kaonów)

TRÓJKĄT UNITARNOŚCI

g/f3 = [62 ] +38 -24

a/f2 = [83 ] +12 -23

(1s) B0p

p,p,

BD(*)

K(*)

39

r. akad. 2011/2011

sin2b =0.764± 0.039 pośredni pomiar

(pozostałe pomiary bez sin2b)

sin2b=0.675±0.026 bezpośrednie pomiary

SM Fit

UTfit collaboration: http://utfit.roma1.infn.it, hep-ph/0605213

sin2b vs |Vub|/|Vcb|

|Vub| @ 7.4%

Exp. stat 2.2%

Exp. syst

2.7%

Teor. (SF) 4.1%

Teor. (inne) ~5%

40

r. akad. 2011/2011

Czego się dowiedzieliśmy ?

• Zaobserwowano różne przejawy łamania CP w rozpadach B,

przewidywane przez mechanizm Kobayashiego-Maskawy

– łamanie CP wprost – łamanie CP poprzez interferencję mieszania i rozpadów

• Asymetrie CP w sektorze B są duże (O(0.1)O(1)) – duża wartość fazy odpowiedzialna za CPV ustalona doświadczalnie – przybliżona symetria CP (mogła być zgodna z CPV w rozpadach kaonów) jest

wykluczona

• Pomiary z fabryk B „nadokreślają” Trójkąt Unitarności

• Model łamania CP Kobayashiego-Maskawy jest sprawdzoną teorią

41

r. akad. 2011/2011

ACP(BKp)

• ACP(B0K+p-) = -0.0950.013 7

s

• ACP(B+K+p0) = 0.04 0.04

niezgodność z ACP(B0K+p-) 4.9 s

• Czy niezgdność z MS ?

B+ B+

u

p p u u u

+

+

+

+

42

r. akad. 2011/2011

1. Uprościć

np. ACP(Dt)

w rozpadach z przejściem bs (fK, h’K,…)

2. Unikać hadronów

rozpady leptonowe, półleptonowe, radiacyjne

Bmm, B, BD, bsg, B(,ω)g, bsll

3. Jedno i drugie

ACP w bsg

AFB w BK*ll

Jak się pozbyć “niepewności hadronowych”

)sin(2sin)( tmtA dCPCP D fx

43

r. akad. 2011/2011

pierwsza obserwacja tCPV (5.6s) w pojedynczym kanale b g s

_ 535M BB

ACP(t) w B0 g h'K0

_ 347M BB

44

r. akad. 2011/2011

ACP(Dt) BXsg

• Model Standardowy ACP(Dt)0

– foton jest spolaryzowany B0s gL, B0s gR

stany końcowe różne dla B0 iB0

B0s gL tłumione ~ms/mb

• ACP(t) potrzebny wierzchołek rozpadu B

b s

g

t

W

C7 b

b

Lsg

Rsg

mb

mb

ms ms

p p trajektoria Ks

IP

B vertex g

g 100 , 5 , 3 ,x y zm m mms m s m s

pomiar dla super-fabryk B

profil

wiązki

ACP(Dt)

45

r. akad. 2011/2011

H+

B

• Diagram anihilacyjny

• W Modelu Standardowym:

Br()=1.6x10-4

Br(m)=7.1x10-7

Br(e)=1.7x10-11

222

SMB

H H 2H

mr , r = 1- tan β

mBr =Br

fB – stała rozpadu B

Rozpady leptonowe B

b s

, Zg

t

W

b

u

W

b s

W W

t

Penguin Box Annihilation

Wiele różnych procesów

46

r. akad. 2011/2011

Identyfikacja Nowej Fizyki

Bd-

unitarity e D m(Bs) B->fKs B->Msg

indirect CP

b->sg direct CP

mSUGRA - - - - - +

SU(5)SUSY

GUT + R

(degenerate)

- + + - + -

SU(5)SUSY

GUT + R

(non-

degenerate)

- - + ++ ++ +

U(2) Flavor

symmetry + + + ++ ++ ++

++: duże, +: znaczne, -: małe

Observ-

ables SUSY

models

Odchylenia od Modelu Standardowego

Split fermions in large extra dimensions

Universal extra dimensions

Universal extra dimensionsKK graviton exchange

mSUGRA (moderate tan )b

mSUGRA ( large tan )b

SU(5) SUSY GUT with nR

Effective SUSY

Bd unitarity

Time-dependent violation

CP

Rare decaysB

Other signals

“DNA identification”

of new physics

47

r. akad. 2011/2011

SuperKEKB vs LHCb

B(Bsgg) < 0.53×10-4

(90% CL) < 2 fb-1 (3 dni naświetlań @ (5s))

48

r. akad. 2011/2011

źródło e+

Ares RF

cavity

Detektor Belle

świetlność:

L = 1.6 x 1034/cm2/sec

SCC RF(HER)

ARES(LER)

The KEKB Collider

8 x 3.5 GeV 22 mrad kąt przecięcia wiązek

~1 km in diameter

Mt. Tsukuba

KEKB Belle

od 1999 r.

http://jp.f35.mail.yahoo.co.jp/ym/ShowLetter/ringanimation2M.gif?box=Inbox&MsgId=2406_9445966_98224_1696_384623_0_1738_499387_3403004772&bodyPart=1.4&filename=ringanimation2M.gif&tnef=&YY=43275&order=down&sort=date&pos=0&view=a&head=b

http://kekb.jp/

49

r. akad. 2011/2011

POMIAR RB=BR(Z0B BBAR)

W LEPIE


50

r. akad. 2011/2011

Oznaczanie dżetów b za pomocą detektorów wierzchołka


51

r. akad. 2011/2011

VTX detectors


52

r. akad. 2011/2011

Poszukiwanie wtórnego wierzchołka


53

r. akad. 2011/2011

Oznaczanie dżetów b


54

r. akad. 2011/2011

Metoda pomiaru Rb i Rc


55

r. akad. 2011/2011



56

r. akad. 2011/2011



57

r. akad. 2011/2011



58

r. akad. 2011/2011

Wynik Rb i Rc


Antykorelacja dwóch mierzonych wielkości

VI. Fizyka zapachu, Macierz CKM, Łamanie CP

Documents