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Neue Ergebnisse der B-Meson Fabriken
Klaus PetersRuhr-Universität BochumBad Aachen11. März 2003DPG Frühjahrstagung
Überblick
CP-Verletzungeff, und
Seltene B-Zerfällenon bc Übergänge
bu, bs, leptonischSM-Tests
CKM ElementeVub/Vcb (s. Parallelsitzunen), Vtd
Weitere Vorträge
T 302.2 L. Wilden Messung des CKM Matrixelements |Vub| mit exklusiv semileptonischen B-Meson Zerfällen bei BaBar
T 302.3 R. Dubitzky Messung des CKM Matrixelements |Vcb| mit exklusiv rekonstruierten B0D*-e+e mit dem BaBar Detektor
T 302.4 R. Nogowski Bestimmung der CKM Matrixparameter mit dem Programmpaket ckmLfit
T 302.5 S. Christ Inklusive Messung der K-Meson Produktion in B-Meson Zerfällen bei BaBar
T 306.2 E. Maly Messung des inklusiven Spektrums neutraler Pionen aus Y(4s)- und Kontinuumereignissen bei BaBar
T 504.4 R. Dubitzky BaBar Erfahrung am GridKa
Sowie weitere Parallelvorträge bei der DPG Tagung HK in Tübingen 17.-21.3.2003
PEP-II maximale Luminosität 4.971 x 1033cm-2s-1 (Design Ziel 3.0 x 1033)
PEP-II erzeugt 111 fb-1
BABAR aufgezeichnet 106 fb-1
SLAC B-Meson Fabrik
9 GeV e- on 3.1 GeV e+
Boost = 0.55
IP beam size 147 m x 5 m
BABAR Detector
BABAR Detector
SVT: 97% Effizienz, 15 m z hit Auflösung (innere Lagen, 0° Spuren)
SVT+DCH: (pT)/pT = 0.13 % pT + 0.45 %
DIRC: K- Separation 4.2 @ 3.0 GeV/c 2.5 @ 4.0 GeV/c
EMC: E/E = 2.3 %E-1/4 1.9 %
KEKBAsymmetrischer e+e- collider
@ (4S) region (10.58 GeV)
e : 8.0 GeV, 1.1Ae+: 3.5 GeV, 2.6A
finite angle crossing ±11mrDesign L=1034 cm-2s-1
Belle Detektor
peak L= 8.256 1033 /cm2s-1
aufgezeichnet 115.6 pb-1
Viele B-Zerfälle sind selten
Hadronisch bsgPinguin: B’K, K(*)
Unterdrückt bu (tree)Bhh, hhh
Elektromagn. bs/dPinguin: BK(*), Xs, /
Elektroschwach bsZ/Pinguin: BK(*)l+l-, Xsl+l-
mES ~ 3 MeV
Experimentelle Überlegungen
*2 *2ES beam Bm E p
* *B beamΔE E E
Signal
1) Benutze Strahleigenschaften 2) Kontinuum Unterdrückung
Signalu,d,s,cbackground
Fisher Disk.
Arb
itra
ry U
nit
s
Thrust Schnitte
Fisher Diskriminante
Neuronale Netze
4) Globale Maximum Likelihood Fits
3) Tagging
Kontinuum
B background
Quartette haben messbare PhasenSie definieren die Winkel , und
CKM Matrix Unitaritätsdreieck
1
2
3
Schwache WW der Quarks im Standard Modell
Unitaritätswinkel
*ub udV V
*cb cdV V
*tb tdV V
Charmonium und Open Charm (Vcb) B-ZerfälleB (cc)h , B DD“Große” Raten, “wenig” Komplikationen...
B0-B0 Mischung und CP Verletzung
B0
B 0
fCP
0 0L,HB p B q B b
d
d
bu,c,t
u,c,t
top quark box: Vtb Vtd*
t /
f d f d
ef (t) 1 S sin( m t) C cos( m t)
4a
md = mH - mL
W W
2
ff 2
f
1C
1
f
f 2
f
2ImS
1
0CP
f 0CP
q A(B f )p A(B f )
td
*td
q V~
p V
0CPf (B f )
0
CPf (B f )
Direkte CP Verletzung: mehrere Amplituden mit unterschiedlichen Phasen
Sensitiv auf die Phase von f auch ohne direkte CP Verletzung
Theoretisch sauber:Tree level dominiert und CP nur von B0B0 mixing
Relativ großes BRKlare experimentelle Signatur
CP Asymmetrie in B0 (cc)K0
+ -fCP d
+ -
ffA (t) sin2 sin( m t)
ff
f = f e-
i2f=±1
0
CPf
0CP
A(B f )qp A(B f )
B0 K0
B0 Mixing Decay K0 Mixing und Zerfall
cc
s
dd
b
* * * *2itb td cb cs cs cd ud us
CP CP CP* * * *tb td cb cs cs cd ud usK
V V V V V V V Vq A qe
p A p V V V V V V V V
Zeitabhängige CP Analyse
0tagB
+e-e
4S0recB
Ks0
J/
-
-(9 GeV) (3.1 GeV)
+
e+
e- BCP
BTag
t z/(signed!)
K+
Vertex and t Rekonstruktion
Rekonstruiere Breco Vertex
durch Zerfallsprodukte
Bestimme BTag Vertex
Übrigen Spuren Constraints
Breco Vertex
beam spot und Y(4S) impuls
Hohe Effizienz 95%
Mittlere z Auflösung ~ 180 m (BTag dominiert)
(<|z|> ~ 260 m)
t Auflösungsfunktion wird dabei aus den Daten bestimmt
Beam spot
Interaction Point
BREC Vertex
BREC Spuren
BREC Richtung
BTAG Richtung
TAG Vertex
TAG Spuren, V0s
z
0tagB B
perfekte(s) tagging & t Auflösung
0tagB B 0
tagB B
typische(s) mistagging & t Auflösung
Nötig: mistag Anteil w und t Auflösungsfunktion Rfür CP Asymmetrie MessungWerden aus B0B0 Mischungsereignissen extrahiert.
f dB
t Bef( t) 1 sin2 (1 2w)sin( m t) R
/
4
0tagB B
Tagging Fehler und t Auflösung
# Ereignisse und Reinheit
Datensatz Ntag Reinheit
J/ Ks(+-) 974 97%
J/ Ks(00) 170 89%
(2S) Ks 150 97%
c1 Ks 80 95%
c Ks 132 73%
Total (f = -1) 1506 92%
J/ KL 988 55%
J/ K*0 (Ks0) 147 81%
Alle CP Moden 2641 78%
2 2cm cmES beam Bm E p
cm cm0 beamB
E E E
Neu: B0 c Ks
wobei c K+K-0, K+Ks -
BaBar 88x106 BB
sin2 = 0.723 0.158 (f=+1) sin2 = 0.755 0.074 (f=-1)
Resultat
f =-1 f =+1
sin2 = 0.741 0.067 (stat) 0.033 (sys)
|f| = 0.948 0.051 (stat) 0.017 (syst)
Sf = 0.759 0.074 (stat) 0.032 (syst) nur f=-1
BABAR
Vergleich mit dem Standard Modell
Eine Lösung für stimmt hervorragend mit anderen Messungen der Dreiecksspitze
Method as in Höcker et al, Eur.Phys.J.C21:225-259,2001
= (1-2/2)
= (1-2/2)
sin2 = 0.741 ± 0.067 (stat) ± 0.033 (syst)
88x106 BB
BABAR
sin2 = 0.719 ± 0.074 (stat) ± 0.035 (syst)
85x106 BB
Belle
Cabbibo-suppressed mit
schwacher Phase wie b ccs (tree)
Pinguin Anteil unklar(erwartet: < 0.1 tree)
Kein CP Eigenzustand,CP gerade (L=0,2) und CP ungerade (L=1)
Winkelanalyse nötig (Transversalitäts-Basis)
(b ccd) mode B0 D*+D*-
Ntagged= 102
Purity = 82%
Falls Pinguine unwichtig sind
sin2 = -0.310.43(stat)0.10(syst)
2.7 kompatibel mit cc-Moden(Annahme ohne Pinguine!)
B0
D* -
D* +
B0
D* -
D* +
Vcd
(bccd) in B0J/0
Cabibbo und color-suppressedModen mit vergleichbaremTree und Pinguin-Anteil
Ntagged = 49
Reinheit = 59%f = + 1
Vcd
Tree: ~VcbVcd* ~ O(3)
schwache Phase wie bccs
Pinguin: ~VcbVcd* + VubVud
* ~ O(3)zusätzliche schwache Phase
Ohne Pinguine C=0
S = - sin2
Charmloser Zerfall von gluonischen Pinguin
dominiert (b sss)Schwache Phase wie b ccs, aber sensitiv
zu neuer Physik in den Schleifen
Pinguin Moden: sin2 aus B0KS
Kleines BR ~O(10-5) Signifikanter Untergrund qq Kontinuum
Ntagged = 66 (nur K+K-)
Reinheit = 50%f = - 1
Fix |K| = 1, fit: SK = +0.19 (stat) 0.09 (syst)
SK = -0.73 0.64 (stat) 0.18 (syst)
+0.52- 0.50
BABAR
Belle
Erste Analysen zu CP-verletzenden Phase und möglicher neuer Physik
in Pinguin ZerfällenB0K0
S
B0J/0
und open charm ZerfällenB0D*+D*-
Zusammenfassung sin2
Neue Messung von sin2 in Charmonium Moden
Verbesserte Resultate durch steigende Luminosität und verringerten Systematischen Fehler
(Erste BaBar Resultate)
Millionen BB Paare
July 00
Feb 01
July 01Mar 02
July 02
BABAR
Unitaritätswinkel
*ub udV V
*cb cdV V
*tb tdV V
Charmlose (Vub) B Zerfälle
B , B Situation ist wesentlich komplizierter...
– CKM Struktur
Pinguin und Tree Anteile tragen gleichsam beiaber mit unterschiedlicher schwacher Phase...
Messung: – zu K– Verhältnis – große Pinguin Anteile
Kann durch Isospin-Analyse entschlüsselt werdenda Pinguin und Tree verschieden beitragen
Für die Zukunft: 0 analysis noch nicht realistischAktuelle: messe “eff” das Pinguin/Tree Effekte einschließt
b
ddW– uu
d
bt,c,u
g
W–
d d
d
uu
bt,c
g
W–
d
du
u
d
eff – Isospin Analyse
Signifikante Pinguine Anteile führen zu
|| 1Im = || sin(2eff)
Isospin Analyse: Dreiecks-Konstruktion
Definiere = 2eff – 2
verlangt die Messung aller Seitenaber “nur” Zeit-integrierte Observable
Aber geTagged!
Schwierig!
– Ereignisse
Peaking Background (K) unterdrückt durch DIRC PID
Klares Signal
– Resultate
Zeit-abhängige Fits
S = 0.02 ± 0.34 ± 0.05C = –0.30 ± 0.25 ± 0.04
S = –1.25 ± 0.41C = –0.77 ± 0.27 ± 0.08
BABAR
Belle
– – Verbindung to
Trotzdem können wir etwas lernen(Für diese Experimentgeneration)
Limits für |eff – | mit der totalen B0B0 00 Rate
(Grossman-Quinn analysis)
1023 E. ~2.59
|eff – | < 51o (90%CL)
BR(B000) < 3.610-6 (90%CL)
– Ein anderer Zugang
Isospin Analyse ersetzt durch Interferenzanalyse im (+–0) Dalitz plot
Unterschiedliche Phasen in verschiedenen BereichenNoch nicht genug Statistik fürvolle Analyse bislang: nur Bänder:
3433
22K 21
N 413
N 147
PID wichtig!
Zusammenfassung
Inzwischen genug Statistik um die Untersuchung zu beginnen
Bislang keine eindeutige Evidenz für CP Verletzung
Saubere Messung immer noch in der Zukunft : Wahrscheinlich in der nächsten Generation
Modellabhängige Analysen bis dahin
: Vielversprechender Start500 fb-1 Ära der B-Fabriken ermöglicht modellunabhängige Resultate
Unitaritätswinkel
*ub udV V
*cb cdV V
*tb tdV V
Die Seiten des Dreiecks
*ub udV V
*cb cdV V
*tb tdV V
Vub, Vcb, Vtd
SUSY in B → K* ?
SM: Acp ≤ 1% in SM.
SUSY:könnte dies auf ~20% erhöhen
~22.7106 B Paare
0 5
5
BR(B K ) (4.23 0.40 0.22) 10
BR(B K ) (3.83 0.62 0.22) 10
ACP(B→K*)= -0.044 0.076 0.012[-0.170, 0.082] (90% C.L.)
BABAR
2
td*
ts
V BR(B )V BR(B K )
rgg
®µ
®
Vtd/Vts Extraktion15-35% FehlerZum Vergleichms/md 7% error
BR(B )~1/50 BR(B K*)~ 3 *
B K* b sB 0 Untergrund
Vtd(s)
Hohe isolierte -Energie(1.5 <E
* < 3.5 GeV)
Radiativer Pinguin
Suche nach B
B Resultate
a) BR(B0 ) < 1.4 x 10-6
b) BR(B+ ) < 2.3 x 10-6
c) BR(B0 ) < 1.2 x 10-6
mES (GeV/c2)
E*G
eV
SM:[ 0.4-0.8] x 10-6
SM [0.85 - 1.5] x10-6
td
ts
V0.36
V<
Ali et al.
Daten: 84 x 106 BB PaareKein Signal, 90% C.L.
wie (isospin sym)
BABAR
Standard-Modell
TESTS
Tests zum Standard-Modell
geladenes H?
Suche nach stark unterdrückten Zerfällen (im SM)
Beim Nachweisklarer Hinweis auf neue Physik
multi-Higgs-doublet Modelleleptoquarks,R-parity violating SUSY…
B l+l’ SM (BR) B0 e+e 10-15
B0 + 10-10
B0 e+ -
BR(B+K+) 3.810-6 (SM)
FCNC Unterdrückung
B0l+l- Resultate
NGSB NSigBox NBG 90% CL obere Grenze
B e+e 25 1 0.600.24 3.3 10-7 B + 26 0 0.490.19 2.0 10-7
B e+ 37 0 0.510.17 2.1 10-7
B +B e+e B e+
Preliminary 54.4 fb-1
GSB
SigBox
BABAR
Suche nach FCNC: b → sl+l-
SM B → Kl+l- 0.5x10-6 B → Kl+l- 1.5x10-6
Andere exotische Zustände?
m l+l- Form könnte einen Hinweis auf neue Wechselwirkungen geben
B K *B K
SM nicht-res
SUSY
m2l+l- m2
l+l-
B → Kl+l- (Kombinierte) Resultate
Charmonium/D0 VetoTopologische Schnitte
4.4
2.8
0.24 0.11 60.20 0.18
* 0.68 6 60.58
B(B Kl l ) (0.78 ) 10
B(B K l l ) (1.68 0.28) 10 3.0 10 90% C.L.
BABAR
Belle
1.4 6S 1.1B(B X l l ) (6.1 1.4 ) 10
4.4
Kombination K*ll Moden: Annahme K*ee/K*=1.2 (Ali et al.).
Recoil Physik (für seltene Zerfälle)
Voll rekonstruiertes B Meson (anderes B)Recoil System
monochromatischer B-Strahl
~400 K voll rekonstruierte Bsin 87 fb-1 (unterschiedlicher Reinheit)
Für Suche nach seltenen Zerfälle wie BK, B Statistik limitiert: ab-1 B-Fabrik Regime!
Vorteileabgeschlossene Kinematikmit bekanntem Boostund bekanntem pMiss
Untergrundunterdrückung!
‘anderes’ B
Brecoil
BrecoD* Y(4S) l
B+K+ Results (Recoil Technik)
Signalsignaturzusätzliches identifiziertes schnelles Kaon (p*>1,5 GeV/c)und wenig neutrale Energie (<0,5 GeV)
2 E. beobachtet (2.2 erwartet)
Signal MC on-peak Daten
BR(B+K+) 9.410-5 (90% CL)
MC signal Effizienz 0.1%
Preliminary 50.7 fb-1
übrige neutrale Energie (GeV)übrige neutrale Energie (GeV)
m(D
0)R
ec -
m(D
0)P
DG ( m
(D0
))
m(D
0)R
ec -
m(D
0)P
DG (
m(D
0))
Zusammenfassung
sin(2) wieder verbessert
Dalitz Plot Analyse in Sichtweite, Limit für |-eff|
Verschiedene Ansätze
Neue Exp’t. Generation für Isospin Analyse
Verbesserte Kenntnis von |Vcb| und |Vub|
in ArbeitD0D0-Mischung, ISR-Physik, cc-Zustände, D(S)
(*)-Spektrum, Seltene D-Zerfälle
CKM Hauptquelle der CP-VerletzungSM immer noch unangetastet
Luminositätsausblick
0
100
200
300
400
500
Year
Inte
gra
ted
Lu
mi
[fb
-1]
024681012141618
Pe
ak
Lu
mi
[10
33]Yearly Lumi
Cumulative Lumi
Peak Lumi
Yearly Lumi 2 23 40 70 95 110 70
Cumulative Lumi 2 25 65 135 230 340 410
Peak Lumi 1 2 5 7,5 10 12 17
1999 2000 2001 2002 2003 2004mid
2005
BABAR
Belle