VI. Fizyka zapachu, Macierz CKM, Łamanie CP
58
1 r. akad. 2011/2011 Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II VI. Fizyka zapachu, Macierz CKM, Łamanie CP
Transcript of 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
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
Parametryzacja Wolfensteina macierzy CKM I Łamanie CP
3
r. akad. 2011/2011
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
4
r. akad. 2011/2011
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
5
r. akad. 2011/2011
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
Trójkąt unitarności
6
r. akad. 2011/2011
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
7
r. akad. 2011/2011
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
8
r. akad. 2011/2011
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
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
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
10
r. akad. 2011/2011
Vub CLEO i inni
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
11
r. akad. 2011/2011
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
Rozpady semileptonowe ekskluzywne
12
r. akad. 2011/2011
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
13
r. akad. 2011/2011
Mieszanie w sektorze
K0 i B0
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
14
r. akad. 2011/2011
Mieszanie D0-D0bar
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
15
r. akad. 2011/2011
BELLE 2007
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
16
r. akad. 2011/2011
Mieszanie D0-D0bar (2)
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
17
r. akad. 2011/2011
BABAR 2007
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
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
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
19
r. akad. 2011/2011
LHCb 2011
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
20
r. akad. 2011/2011
LHCB 2011
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
21
r. akad. 2011/2011
LHCb 2011
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
22
r. akad. 2011/2011
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
23
r. akad. 2011/2011
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
24
r. akad. 2011/2011
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
25
r. akad. 2011/2011
LHCb2011
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
26
r. akad. 2011/2011
LHCb 2011
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
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
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
00B Bd d
0 0s sB B
0 0D D
0 0K K
28
r. akad. 2011/2011
Oscylacje B0
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
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
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
33
r. akad. 2011/2011
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
34
r. akad. 2011/2011
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
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.
49
r. akad. 2011/2011
POMIAR RB=BR(Z0B BBAR)
W LEPIE
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
50
r. akad. 2011/2011
Oznaczanie dżetów b za pomocą detektorów wierzchołka
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
51
r. akad. 2011/2011
VTX detectors
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
52
r. akad. 2011/2011
Poszukiwanie wtórnego wierzchołka
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
53
r. akad. 2011/2011
Oznaczanie dżetów b
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
54
r. akad. 2011/2011
Metoda pomiaru Rb i Rc
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
55
r. akad. 2011/2011
Metoda pomiaru Rb i Rc
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
56
r. akad. 2011/2011
Metoda pomiaru Rb i Rc
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
57
r. akad. 2011/2011
Metoda pomiaru Rb i Rc
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
58
r. akad. 2011/2011
Wynik Rb i Rc
Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II
Antykorelacja dwóch mierzonych wielkości
