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aurel-wuebker
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Entdeckung der B -Entdeckung der B -Oszillation mit ARGUS Oszillation mit ARGUS
(1987)(1987)
ÜberblickÜberblick
Kaonen Kaonen B-Mesonen B-Mesonen
Experimenteller AufbauExperimenteller Aufbau
MessungMessung
AuswertungAuswertung
AusblickAusblick
KaonenzerfallKaonenzerfall
nzuständeMasseneige ,
0
0
SL
SL
SL
KK
KqKpK
KqKpK
ZeitentwicklungZeitentwicklung
00
0
0
)(
: 1})(exp{Für
}exp{}exp{)(
}exp{}exp{)(
KTtK
Tmmi
timKqtimKptK
timKqtimKptK
LS
SSLL
SSLL
Kaon OszillationKaon Oszillation
B-MesonenB-Mesonen
sbB
dsKBdbB
s
d
0
000
Analoges Verhalten von B- und K-Mesonen
0 2
0 2
: (5279.4 0.5) MeV/c
: (5367.5 1.8) MeV/cs
B
B
ZerfälleZerfälle
...
...
Leptonen Pions, z.B. ...
,)4(
Mesons) bb des (Resonanz )4(
0
0*
*0
00
KD
DD
DB
BBBBsY
sYee
e+
e-
(4s) b
b
du ,
du,
Doris IIDoris II
DODOppel-ppel-RIRIng-ng-SSpeicherpeicher ee++ee-- - Collider - Collider Energie: 10,6 GeVEnergie: 10,6 GeV 300m Umfang300m Umfang Luminosität: 103 pbLuminosität: 103 pb-1-1 für Y(4s) von 1983 für Y(4s) von 1983
bis 1986bis 1986
ArgusArgus
Detektor an DorisDetektor an Doris
Universeller Detektor für Energien um Universeller Detektor für Energien um
10GeV10GeV
Notwendige KompromisseNotwendige Kompromisse
Haupt Drift KammerHaupt Drift Kammer
Haupt Drift KammerHaupt Drift Kammer
|cos|cos|<0.76 für ganze |<0.76 für ganze TracksTracks
~25000 Kathodendrähte~25000 Kathodendrähte ~6000 Anodendrähte~6000 Anodendrähte Spannung: ~ 1NSpannung: ~ 1N Spurauflösung: 200Spurauflösung: 200mm Magnetfeld: B = 0,8TMagnetfeld: B = 0,8T
EnergieverlustEnergieverlust
Abstand zwischen Anodendrähten: 18mmAbstand zwischen Anodendrähten: 18mm Ideal für Energieverlustmessung:15mm Ideal für Energieverlustmessung:15mm /K-Separation bis 0,7GeV in 3/K-Separation bis 0,7GeV in 3
Time-Of-Flight (TOF)Time-Of-Flight (TOF)
Time-Of-Flight (TOF)Time-Of-Flight (TOF)
Messung der Messung der GeschwindigkeitGeschwindigkeit
=220ps=220ps /K-Separation /K-Separation
bis 0,7GeV in 3bis 0,7GeV in 3 |cos|cos|<0.95 |<0.95
AbdeckungAbdeckung
MessungMessungErstes vollständig rekonstruiertes Ereignis
2222
202
*2
22*2
02
110
1
011
*1
11*1
01
KD
DD
DB
KD
DD
DB
MessungMessungErstes vollständig rekonstruiertes Ereignis
M(D*)= 2008 MeV
M(D1)= 1873 MeV
M(D2)= 1886 MeV
P(P(11) = 2186 MeV) = 2186 MeV
P(P(22) = 1579 MeV) = 1579 MeV
Theorie:
M(D*)= 2010 MeV
M(D) = 1870 MeV
Vollständige RekonstruktionVollständige Rekonstruktion
VorteilVorteil
minimaler Untergrundminimaler Untergrund
quasi kein systematischer Fehlerquasi kein systematischer Fehler
NachteilNachteil
sehr geringe Statistiksehr geringe Statistik
hoher statistischer Fehlerhoher statistischer Fehler
2. Analysemethode2. Analysemethode
llBB
llBB
llBB
00
00
00
Idee: Keine vollständige Rekonstruktion
Begrenzung auf semileptonische Zerfälle
FehlerquellenFehlerquellen
Messung der „falschen“ Leptonen:Messung der „falschen“ Leptonen: aus späteren Zerfällenaus späteren Zerfällen
aus J/aus J/ Zerfällen Zerfällen
aus Paarbildung durch Photonenaus Paarbildung durch Photonen
Missidentifikation der LeptonenMissidentifikation der Leptonen
Missidentifikation der B-Mesonen!!!Missidentifikation der B-Mesonen!!!
LösungsansätzeLösungsansätze
Passende Eventauswahl:Passende Eventauswahl: E (eE (e--, e, e++) ) ≥ 1,4 GeV≥ 1,4 GeV
E (eE (e-- + e + e++) ) ≠≠ E(J/ E(J/))
(e(e--, e, e++) ) ≥ 32°≥ 32°
UntergrundmessungUntergrundmessung Messung bei EMessung bei EBeamBeam ≤ 10,6 GeV≤ 10,6 GeV
ErgebnisErgebnis
Events mit gleich geladenen Leptonen: Events mit gleich geladenen Leptonen:
N (lN (l+ + ll+ + / l/ l- - ll--) = 24,8 ) = 24,8 ±± 7,6 7,6 ±± 3,8 3,8
Events mit unterschiedlich geladenen Leptonen:Events mit unterschiedlich geladenen Leptonen:
N (lN (l- - ll++) = 270,3 ) = 270,3 ±± 19,4 19,4 ±± 5,0 5,0
Umwandlungsrate r:Umwandlungsrate r:
r = 0,22 r = 0,22 ±± 0,09 0,09 ±± 0,04 0,04
)]()([)(
)1)](()([
llNllNllN
llNllNr
Semileptonische ZerfälleSemileptonische Zerfälle
VorteilVorteil
geringerer statistischer Fehlergeringerer statistischer Fehler
ermöglicht Bestimmung einer Umwandlungsrateermöglicht Bestimmung einer Umwandlungsrate
NachteilNachteil
Höherer UntergrundHöherer Untergrund
höherer systematischer Fehlerhöherer systematischer Fehler
3. Analysemethode3. Analysemethode
Kombination der beiden ersten MethodenKombination der beiden ersten Methoden
ein B-Meson wird rekonstruiert, das andere ein B-Meson wird rekonstruiert, das andere
über semi-leptonischen Zerfall bestimmtüber semi-leptonischen Zerfall bestimmt
Analoges VorgehenAnaloges Vorgehen
ErgebnisErgebnis
Events mit gleich geladenen Leptonen: Events mit gleich geladenen Leptonen:
N (lN (l+ + ll+ + / l/ l- - ll--) = 4,1 ) = 4,1 ±± 0,3 0,3
Events mit unterschiedlich geladenen Leptonen:Events mit unterschiedlich geladenen Leptonen:
N (lN (l- - ll++) = 20,8 ) = 20,8 ±± 1,1 1,1
Umwandlungsrate r:Umwandlungsrate r:
r = 0,20 r = 0,20 ±± 0,12 0,12
8,20
1,4
)()(
)()(00
00
lBNlBN
lBNlBNr
3. Methode3. Methode
VorteilVorteil
Geringerer UntergrundGeringerer Untergrund
Zusätzliche Ereignisse zur AuswertungZusätzliche Ereignisse zur Auswertung
NachteilNachteil
Geringere StatistikGeringere Statistik
höherer statistischer Fehlerhöherer statistischer Fehler
Kombiniertes ErgebnisKombiniertes Ergebnis
Aus Kombination aller drei Methoden:Aus Kombination aller drei Methoden:
r = 0,21 r = 0,21 ±± 0,8 0,8
Sehr viel größer als erwartetSehr viel größer als erwartet
TheorieTheorie Erwartung: r Erwartung: r ≈ 0,01≈ 0,01
mmtoptop>50GeV >50GeV heute: m heute: mtoptop=(170,9=(170,9±±1,8)GeV1,8)GeV
QCDtdtbbtopBB
B
VVm
mmBfmX
2*5
22
32
42
2
2 topmX
Xr
B-OszillationB-Oszillation
1/1/= 0,71= 0,71psps
m=0,507m=0,507±±0,005 ps0,005 ps-1-1
m m << nur geringer Effekt!nur geringer Effekt!
BBss-Oszillationen-Oszillationen
Deutlich schnellere Deutlich schnellere
OszillationOszillation
mmss=(17,8=(17,8±±0,1)ps0,1)ps-1-1
Stimmt mit SM Stimmt mit SM
übereinüberein
VergleichVergleich
ZusammenfassungZusammenfassung
Argus:Argus:
Beobachtung der B-OszillationBeobachtung der B-Oszillation
Unerwartet große UmwandlungsrateUnerwartet große Umwandlungsrate
Untere Schranke für top-Quark MasseUntere Schranke für top-Quark Masse
Heute:Heute:
Suche nach „Neuer Physik“ bei BSuche nach „Neuer Physik“ bei Bss-Mesonen-Mesonen
Nicht gefunden!!! Nicht gefunden!!!
ReferenzenReferenzen „„b-quark physics at Doris“ von Dietrich Wegenerb-quark physics at Doris“ von Dietrich Wegener „„Oszillation zwischen Teilchen und Antiteilchen bei B-Mesonen“ von Oszillation zwischen Teilchen und Antiteilchen bei B-Mesonen“ von
Walter Schmidt-ParzefallWalter Schmidt-Parzefall „„Observation of B Bbar Mixing“ von Albrecht et al. (Argus)Observation of B Bbar Mixing“ von Albrecht et al. (Argus) „„Argus: A universal detector at DorisII“ von Albrecht et al. (Argus)Argus: A universal detector at DorisII“ von Albrecht et al. (Argus) „„Advanced Particle Physics“ Skript von Prof. Schultz-CoulonAdvanced Particle Physics“ Skript von Prof. Schultz-Coulon „„Detektoren in der Kern- und Teilchenphysik“ Skript von Prof. Detektoren in der Kern- und Teilchenphysik“ Skript von Prof.
HerrmannHerrmann „„Observation BObservation Bss-B-Bssbar Oscillation“ von CDF-Collaborationbar Oscillation“ von CDF-Collaboration
http://pdg.lbl.gov/pdg.htmlhttp://pdg.lbl.gov/pdg.html