VI. Fizyka zapachu, Macierz CKM, Łamanie CP

(1)

Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II 1

VI. Fizyka zapachu, Macierz CKM, Łamanie CP

(2)

Parametryzacja Wolfensteina macierzy CKM I Łamanie CP

(3)

(4)

(5)

Trójkąt unitarności

(6)

(7)

(8)

V

_cb

i V

_ub

Najlepiej wyznaczone z inkluzywnych rozpadów semileptonowych b:

• CLEO w Cornell (upsilon 4S)

e e b b

lX

l'X'

  

 

(9)

(10)

10

V

_ub

CLEO i inni

Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II

(11)

Rozpady semileptonowe ekskluzywne

(12)

(13)

13

Mieszanie w sektorze

K

⁰

i B

⁰

(14)

14

Mieszanie D -D bar

(15)

15

BELLE 2007

(16)

16

Mieszanie D -D bar (2)

(17)

17

BABAR 2007

(18)

18

Mieszanie D -D bar (3)

• Na poziomie 3-4 odchyleń standardowych zaobserwowano mieszanie w układzie D ⁰

• LHCb zaobserwowało łamanie CP w sektorze cząstek powabnych w 2011

(19)

19

LHCb 2011

(20)

20

LHCB 2011

(21)

21

LHCb 2011

(22)

(23)

(24)

(25)

25

LHCb2011

(26)

26

LHCb 2011

(27)

27

Parametry mieszania neutralnych mezonów

Układ Δm =1/Γ x=Δm / Γ y= ΔΓ / Γ

L-S=

(3.483±0.006)×10^-12MeV

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

0 0

B d



B d

0 0

s s

B  B

0 0

D  D

0 0

K  K

(28)

28

Oscylacje B

⁰

(29)

29

1.3 million B B pairs / day

Total ~770  10 ⁶ B

_

(30)

30

B  f

Co najmniej dwie amplitudy:

porównywalnej wielkości

efekty znacznie słabsze gdy

A

₂

<< A

₁

(31)

31

 g sin sin

|

||

| ) 2

( )

(

) (

2 1

A f A

B f

B

f B

f

A

_CP

B 



















 

lipiec 2004

275M BB ^_ ^B ⁰  K ^ p ^ B ⁰  K ^ p ^

A _CP = -0.101  0.025  0.005 3.9s A _CP = -0.133  0.030  0.009 4.2s

) (

f B

f A

_CP

B



















 

(B ⁰  K ^- p ⁺ ) = (B ? ⁰  K ⁺ p ^- )

b

W

^-

u

d d s

u

B 0

K 

p 

b

W

^-

s

d

u

B 0 _

u p

K 

 d

5 0 ) 1 . 8 10

( B  K ^ p ^   ^ Br

V

_ub

t

015 .

0 093

. 0 )

(

2006 BaBar

Belle











 p

K

A _CP

(32)

32

Lamanie CP w sektorze B

(33)

(34)

(35)

35 t =0

B

⁰

(4S)

The two mesons oscillate coherently : at any given time, if one is a B

⁰

the other

is necessarily a B

⁰

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

K

s



Dt picoseconds

later, the B

⁰

(or perhaps it is now

a B

⁰

) decays.

B

⁰

l



l

d

B 0

^b

W

 At t=0 we

know this meson is B⁰

(36)

36

B

⁰

tag _ B

⁰

tag

B

⁰

tag _ B

⁰

tag

A

_CP

(Dt) = -x

_CP

sin2βsinDmDt

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

hep-ex/0608039

sin2β= 0.642 ±0.031 (stat) ±0.017 (syst)

(37)

37

B ⁰  J/  K _S B ⁰  J/  K _L

N

_sig

= 7482 Purity 97 %

CP odd

N

_sig

= 6512 Purity 59 %

CP even

0 0

hep-ex/0608039

(38)

38

• CPV ~O(1) !

• faza CKM wyznaczona bez niepewności hadronowych

(w przeciwieństwie do ε, ε’ z rozpadów kaonów)

TRÓJKĄT UNITARNOŚCI

g/f ₃ ⁼ [ ⁶² ⁺³⁸ _- ] ^

24 a/f ₂ ⁼ [ ⁸³ ] ⁺¹² _-23 ^

(1s) B ⁰ p

p,p,

BD  ^(*)

K ^(*)

(39)

39

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

|V

_ub

| @ 7.4%

Exp. stat  2.2%

Exp. syst  2.7%

Teor. (SF)  4.1%

Teor. (inne) ~5%

(40)

40

• 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)

41

• A

_CP

(B

⁰

K

⁺

p

^-

) = - 0.0950.013 7 s

• A

_CP

(B

⁺

K

⁺

p

⁰

) = 0.04 0.04

niezgodność z A

_CP

(B

⁰

K

⁺

p

^-

) 4.9 s

• Czy niezgdność z MS ?

B⁺ B⁺

u

p p

u u u

+

(42)

42

1. Uprościć

np. A

_CP

(Dt)

w rozpadach z przejściem bs (fK, h’K,…)

2. Unikać hadronów

rozpady leptonowe, półleptonowe, radiacyjne

Bmm, B, BD, bsg, B(,ω)g, bsll

3. Jedno i drugie

A

_CP

w bsg A

_FB

w BK*ll

) sin(

2 sin )

( t m t

A _CP   x _CP f D _d

(43)

43

pierwsza obserwacja tCPV (5.6s)

w pojedynczym kanale b g s _

535M BB

_

347M BB

(44)

44

• Model Standardowy  A

_CP

( D t)  0

– foton jest spolaryzowany B

⁰

s g

_L,

B

⁰

s g

_R

stany końcowe różne dla B

⁰

i  B

⁰

B

⁰

 s g

_L

tłumione ~m

_s

/m

_b

• A

_CP

(t)

potrzebny wierzchołek rozpadu B

b s

g

t

W

^

C

₇

b

s g

L

s g

R

m _b

m _s m _s

p

^

p

^

trajektoria K

_s

IP B vertex

g

100 , 5 , 3 g ,

x

m

y

m

z

mm

s  m s  m s 

pomiar dla super-fabryk B profil

wiązki

A

_CP

(Dt)

(45)

45

H

⁺

• Diagram anihilacyjny

• W Modelu Standardowym:

Br(  )=1.6x10 ^-4 Br( m )=7.1x10 ^-7 Br(e  )=1.7x10 ^-11

 

 

 



2 2

SM B 2

H H 2

H

r , r = 1- m tan β Br =Br m

f

_B

– stała rozpadu B

b s



, Z



g

t

W

^

b

u



W

b s

 

W

^

W

^

t



Penguin Box Annihilation

Wiele różnych procesów

(46)

46

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 UnivKK gersalravito extran exc dimehangnsiones mSUGRA (moderate tanb)

mSUGRA ( large tanb) SU(5) SUSY GUT with n_R

Effective SUSY

Bd unitarity Time-dependent violation

CP

Rare decays B

Other signals

“DNA identification”

of new physics

(47)

47

B(B _s  gg ) < 0.53×10 ^-4 (90% CL)

< 2 fb

^-1

(3 dni naświetlań @

 (5s))

(48)

48

źródło e

⁺

Ares RF cavity

Detektor Belle

świetlność:

L = 1.6 x 10 ³⁴ /cm ² /sec

SCC

RF(HER)

ARES(LE R)

8 x 3.5 GeV

22 mrad kąt przecięcia wiązek

~1 km in diameter

Mt. Tsukuba

KEKB

Belle

od 1999 r.

(49)

49

POMIAR R _B =BR(Z ⁰  B BBAR) W LEPIE

(50)

50

wierzchołka

(51)

51

VTX detectors

(52)

52

Poszukiwanie wtórnego wierzchołka

(53)

53

Oznaczanie dżetów b

(54)

54

Metoda pomiaru R

_b

i R

_c

(55)

55

Metoda pomiaru R

_b

i R

_c

(56)

56

Metoda pomiaru R

_b

i R

_c

(57)

57

Metoda pomiaru R

_b

i R

_c

(58)

58

Wynik R

_b

i R

_c

VI. Fizyka zapachu, Macierz CKM, Łamanie CP