IFAE2006Stefania Vecchi - INFN Bologna1 Ricerche di nuova fisica nei decadimenti del B: esperimenti in corso e prospettive di ricerca a LHCb Stefania Vecchi

IFAE2006 Stefania Vecchi - INFN Bologna 1

Ricerche di nuova fisica nei decadimenti del B:

esperimenti in corso e prospettive di

ricerca a LHCb

Ricerche di nuova fisica nei decadimenti del B:

esperimenti in corso e prospettive di

ricerca a LHCb

Stefania Vecchi

INFN Bologna

Stefania Vecchi

INFN Bologna


SommarioSommario

I decadimenti rari dei mesoni B: processi FCNC SM solo diagrammi loop (pinguini radiativi, pinguini semileptonici e leptonici

puri): BF<~10-5 Calcolo preciso delle ampiezze LL+NLL (NNLL) (decadimenti inclusivi)

Sensibili a effetti di NP (scambio di particelle super-simmetriche): Effetti su BF, distribuzioni cinematiche e ACP dirette e nel mixing

(evidenza indiretta) limitazioni ad alcuni parametri e modelli SUSY Ottimo banco di prova per il MS e per la ricerca di NP (complementare agli

esperimenti di scoperta) Approccio model-indepenend per la determinazione dei Coefficienti di Wilson Confronto con SM per migliorare la determinazione VCKM

Rassegna dei dati sperimentali Prospettive di misura a LHCb

I decadimenti rari dei mesoni B: processi FCNC SM solo diagrammi loop (pinguini radiativi, pinguini semileptonici e leptonici

puri): BF<~10-5 Calcolo preciso delle ampiezze LL+NLL (NNLL) (decadimenti inclusivi)

Sensibili a effetti di NP (scambio di particelle super-simmetriche): Effetti su BF, distribuzioni cinematiche e ACP dirette e nel mixing

(evidenza indiretta) limitazioni ad alcuni parametri e modelli SUSY Ottimo banco di prova per il MS e per la ricerca di NP (complementare agli

esperimenti di scoperta) Approccio model-indepenend per la determinazione dei Coefficienti di Wilson Confronto con SM per migliorare la determinazione VCKM

Rassegna dei dati sperimentali Prospettive di misura a LHCb


Decadimenti radiativi b s(d)(Radiative penguin)

Decadimenti radiativi b s(d)(Radiative penguin)

b s(d) inclusivi: B Xs(d)

teoricamente calcolabili Selezione sperimentale difficile (fondi, spettro ) B factories

b s(d) esclusivi: canali specifici Teoricamente meno precisi (fattore di forma) Selezione sperimentale più facile, statistica limitata

Previsioni Teoriche BF, ACP, Polarizzazione

b s(d) inclusivi: B Xs(d)

teoricamente calcolabili Selezione sperimentale difficile (fondi, spettro ) B factories

b s(d) esclusivi: canali specifici Teoricamente meno precisi (fattore di forma) Selezione sperimentale più facile, statistica limitata

Previsioni Teoriche BF, ACP, Polarizzazione


Misure inclusive B XsMisure inclusive B Xs Sperimentalmente: Possibile solo alle B-Factories (vincoli cinematici e chiusura

dell’evento) ricerca di un fotone energetico E>1.6 GeV Grossa contaminazione di di fondo (ISR o decadimenti di 0 )

vari metodi per ridurre il fondo (lepton tag B opposto BaBar) + sottrazione di eventi off-resonance)

Selezione semi-inclusiva (B K[n]meno fondo, più incertezze dovute ai modi mancanti, meno statistica

Teoricamente: SM calcoli precisi (NLO) BF(B Xsdipende dal coefficiente di Wilson |C7|;

Il suo valore può porre limiti sui parametri di alcuni modelli di NP Necessita di un modello fenomenologico per tenere conto dello spettro del

fotone (moto del quark b nel mesone) adattato su decadimenti semileptonici ACP: evidenzia fasi extra al SM nel loop b s

Sperimentalmente: Possibile solo alle B-Factories (vincoli cinematici e chiusura dell’evento) ricerca di un fotone energetico E>1.6 GeV Grossa contaminazione di di fondo (ISR o decadimenti di 0 )

vari metodi per ridurre il fondo (lepton tag B opposto BaBar) + sottrazione di eventi off-resonance)

Selezione semi-inclusiva (B K[n]meno fondo, più incertezze dovute ai modi mancanti, meno statistica

Teoricamente: SM calcoli precisi (NLO) BF(B Xsdipende dal coefficiente di Wilson |C7|;

Il suo valore può porre limiti sui parametri di alcuni modelli di NP Necessita di un modello fenomenologico per tenere conto dello spettro del

fotone (moto del quark b nel mesone) adattato su decadimenti semileptonici ACP: evidenzia fasi extra al SM nel loop b s


Branching FractionsBranching Fractions

Semi-inclusivoinclusivo

E>2.24GeV 16 canali

€

BF(b → sγ ) = 355 ± 32−31 −7+30 +11

€

336 ± 53± 42−54+50

E>1.8GeV€

BF(b → sγ ) = 321± 43± 27−10+18

E>2.0GeVCLEO

€

BF(b → sγ ) = 367 ± 29 ± 34 ± 24E>1.9GeV Lepton TAG

€

335 ±19−41 −9+56 +4

E>1.9GeV 38 canali ≈55%

€

BF(b → sγ ) = 355 ± 24−10+9 ± 3

€

BF(b → sγ ) = 357 ± 30Media

SM (NLO)SM (NLO)

E>1.6GeV NPB 611 (2001) 338NPB 631 (2002) 219

I risultati sono in perfetto accordo con SM (NP???…)

(unità10-6)


Approccio model-independent per descrivere il contributo di NP (hp: C7, C9,C10) : Vincoli imposti dal BF(b->s) limitano R7 e R8

Punti: MFV SUSY.

La regione permessa pone vincoli su C7 e indirettamente sulle masse di stop o HiggsIl conoscere segno di C7 è determinante

NB: il segno di C7 (A7) non è determinato!

R8

C8

NP/C

8S

M

SM

R7=C7NP/C7

SM R7=C7NP/C7

SM

R8=

C8

NP/C

8S

M

=2.5GeV=MW

NP

Lunghi, hep-ph/0210379 Phys.Rev.D66 (2002)034002

http://weblib.cern.ch/cgi-bin/ejournals?publication=Phys.+Rev.,+D&volume=66&year=2002&page=034002



A livello di quark E=(E-mb/2); il moto del b nel B + gluon emission determina lo spettro osservato (non dipende da contributi NP)

Spettro energetico Spettro energetico

CLEOfondi

La misura dei momenti della distribuzione permette la determinazione di mb

e il suo moto. mb = (4.59 ± 0.04) GeV (b mass in B)2

= (0.40 ± 0.04) GeV2 (b momentum squared in B)Questa informazione puó essere usata per migliorare le misure di |Vcb| e |

Vub| dai decadimenti SL hep-ph/0507253


€

ACP (b → sγ ) =Γ(b → sγ) − Γ(b → s γ)

Γ(b → sγ) + Γ(b → s γ)

Asimmetrie di CP diretteAsimmetrie di CP diretteSM ACP ≤0.5%Alcuni modelli NP ACP ~10% senza influenze sul BF

€

ACP (b → sγ ) = (0.2 ± 5.0 ± 3.0)%

€

ACP (b → sγ ) = (2.5 ± 5.0 ±1.5)%

ACP (b →[d + s]γ ) = (−11.0 ±11.5 ±1.7)%

€

ACP (b → sγ ) = (0.4 ± 3.6)%

€

ACP (b → sγ ) = (0.44 ± 0.20)%

ACP (b → [d + s]γ ) ≡ 0 U − spin

MediaMedia HFAGHFAG

SMSMhep-ph/0312260

Semi-inclusivo (pseudo-reconstruction Xs)

€

ACP (b → sγ ) = (−7.9 ±10.8 ± 2.2)%CLEOCLEO

12 canali esclusivi self-tag Lepton-tag

“Untagged” particolarmente utli prova di ZERO per SM


Effetti di NPEffetti di NPLe previsioni teoriche su ACP dipendono fortemente dalle assunzioni sul settore della rottura della Super Simmmetria. MFV con eventuali sorgenti aggiuntive di CP violation (fasi-extra)

I modelli MFV non introducono grossi effetti misurabili ==> General FV scenario

Scan sui param

etri di SU

SY

Con (senza) vinco

lo su E

DM

n,e

MFV

MFV + extra phases

Nessun effetto lo rende distinguibile da SM

Effetti <2% su ACP

Stretta proporzionalita’

hep-ph/0312260

Scan sui parametri di SUSYCon vincolo su EDM n,e


Approccio model-independent (GFV) con input sperimentale BF(b->s) possibilità di introdurre effetti di NP indipendentemente sul flavour s/d C7,8

GFV NP incide solo su Cs7,8

Ammette anche ACP~10%Forte correlazione

NP incide solo su Cd7,8

piccoli effetti sulla asimmetria untagged

Una precisa misura di ACP(untagged) consente la discriminazione fra modelli MFV e GFV


Misure esclusive b sMisure esclusive b s Sperimentalmente:

La ricostruzione dello stato finale permette migliori risoluzioni e maggiore soppressione del fondo rispetto al canale inclusivo (possibile anche alle macchine adroniche)

Problema:STATISTICA ricerca di un fotone energetico E>1.6 GeV

Teoricamente: Stime piú difficili dei BF e meno precise (20%) (miglioramenti con metodi analitici

e LatticeQCD). Punto debole: Fattori di forma Rapporti di BF (canali CP coniugati / in relazione di Isospin/ canali diversi) ACP: si fattorizzano le incertezze teoriche: NP può originare anche grosse

asimmetrie

Sperimentalmente: La ricostruzione dello stato finale permette migliori risoluzioni e maggiore

soppressione del fondo rispetto al canale inclusivo (possibile anche alle macchine adroniche)

Problema:STATISTICA ricerca di un fotone energetico E>1.6 GeV

Teoricamente: Stime piú difficili dei BF e meno precise (20%) (miglioramenti con metodi analitici

e LatticeQCD). Punto debole: Fattori di forma Rapporti di BF (canali CP coniugati / in relazione di Isospin/ canali diversi) ACP: si fattorizzano le incertezze teoriche: NP può originare anche grosse

asimmetrie


BF di modi esclusiviBF di modi esclusivi

+ Recenti misure di BaBar:

€

BF(B+ → K +ηγ) =10.0 ±1.3 ± 0.5

BF(B0 → K 0ηγ) =11.3−2.6+2.8 ± 0.6

BF(B+ → K + ′ η γ) < 4.2 @90%CL

BF(B0 → K 0 ′ η γ) < 6.6 @90%CL

Circa il 40% dei modi inclusivi


Promettenti i canali B(K) perché sensibili (interferenza) alla polarizzazione del : SM LH polarization (<10% RH da QCD) NP PRL 88 (2002) 051802

Analisi ancora preliminare (soli BF)Statistica limitata!! SuperBFactory/LHCb ??

Risultati in accordo con SM

€

BF(B+ → K +π +π −γ ) = 29.5 ±1.3 ±1.9

BF(B → K +π −π 0γ ) = 40.7 ± 2.2 ± 3.1

BF(B → K 0π +π −γ ) =18.5 ± 2.1±1.2

BF(B+ → K 0π +π 0γ ) = 45.6 ± 4.2 ± 3.0


AsimmetrieAsimmetrieViolazione di CP direttaAccordo con le previsioni SM (≈1-2%)

Asimmetrie di isospin (BK0*/B+K+*)Accordo con le previsioni SM (≈5-10%)

€

Δ 0−(K * γ) = (−1.2 ± 4.4 ± 2.6)%

€

−4.6% < Δ0−(K * γ ) <14.6% 90%CL

€

ACP (K 0 * γ) = (−1.5 ± 4.4 ±1.2)%

€

ACP (K 0 * γ) = (−1.3± 3.6 ±1.0)%

ACP dipendenti dal tempoSM prevede b s LH prevalente. Nel mixing i due stati di polarizzazione ortogonali non interferiscono: Amix

CP~-2(ms/mb)sin21~-0.06sin21

NP potrebbe alterare le polarizzazioni e Amix

CP

BaBar

Belle

Belle

BaBar

-0.21±0.40 ±0.05

0.01±0.52 ±0.11

-0.06 ±0.37

0.08±0.41 ±0.10

€

ACPdir

€

ACPmix


bdbd

A causa del fondo elevato sono possibili solo misure esclusive di alcuni canali

Transizione soppressa di |Vtd/Vts|2≈0.04 rispetto a bsContribuiscono diagrammi a loop + annichilazioneEffetti di NP potenzialmente ancora più visibili

€

BF(B → (ρ,ω)γ )

BF(B → K * γ )=

Vtd

Vts

2(1− m(ρ ,ω )

2 mB2 )3

(1− mK*2 mB

2 )3ζ 2 1+ ΔR[ ]

=0.85 ±0.10 Rapporto di FFΔR=0.1 ±0.1 SU(3)-breaking factor

€

Vtd

Vts

= 0.199−0.025 −0.015+0.026 +0.018

€

Vtd

Vts

< 0.19


Decadimenti radiativi bsl+l–

(semi leptonic penguin)Decadimenti radiativi bsl+l–

(semi leptonic penguin) Ottimi canali per lo studio FCNC con alta precisione

Nuova sorgente di osservabili cinematici utili per il test della teoria (complementare ai rate bs): m2

l+l- ,,ACP, AFB(e il suo Zero) permettono informazioni sull’interazione a corto raggio (Coefficienti Wilson)

SM: processo dipende dagli operatori Q7 (em), Q9 (sl vettoriale),Q10 (sl vettore assiale) Calcoli a NLL (precisione <10%) e NNLL Forte sensibilità a fenomeni di NP nell’asimmetria FB

Problema: statistica. Decadimenti molto rari BF~10-6

Prime misure alle B-Factories

Ottimi canali per lo studio FCNC con alta precisione Nuova sorgente di osservabili cinematici utili per il test della teoria

(complementare ai rate bs): m2l+l- ,,ACP, AFB(e il suo Zero) permettono

informazioni sull’interazione a corto raggio (Coefficienti Wilson)

SM: processo dipende dagli operatori Q7 (em), Q9 (sl vettoriale),Q10 (sl vettore assiale) Calcoli a NLL (precisione <10%) e NNLL Forte sensibilità a fenomeni di NP nell’asimmetria FB

Problema: statistica. Decadimenti molto rari BF~10-6

Prime misure alle B-Factories


Misure (semi)inclusive BXsl+l –Misure (semi)inclusive BXsl+l –

Previsioni SM del BF e dello spettro di massa l+l- : possibili in regioni lontane dai contributi risonanti di ccbar. Per ridurre le incertezze teoriche AFB, m2(l+l-) e i BF sono riferiti al canale semi leptonico: BXcl+v

SM

–C7 (NP)

( ) ( )

( )( ) ( )eff eff eff eff eff *9 10 7 7 9

22 5 *22

3

2 2 2

ˆ1ˆ 4 48

2ˆ1 2 4 1 12Re

ˆ

F b ts tbem

C

d b s G m V Vs

ds

s C C Cs

C

α

π π

+ −Γ → ⎛ ⎞= −⎜ ⎟⎝ ⎠

⎡ ⎤⎛ ⎞× + + + + +⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦

l l

Le diverse regioni di massa sono pesate in modo diverso dai Ci. Sensibilità anche al segno C7-C9 attraverso l’interferenza

T.Goto et al. PRD 55 4273 (1997)


Le misure sperimentali di BF(B->Xs) e BF(B->Xsll) nonché il valore parziale nell’intervallo 1<q2<6GeV2 possono essere combinate.

Approccio model-independent se NP non introduce nuovi diagrammi si ricavano limiti sui coefficienti C7

TOT, C9NP, C10

NP.

BF(B->Xs) pone dei limiti su |C7TOT|

BF Belle Babar HFAG SM C7 = -C7SM

q2>(2m)2 4.11±1.1 5.6±2.0 4.5±1.0 4.4±0.7 8.8±0.7

1<q2<6GeV2 1.5±0.6 1.8±0.9 1.60±0.5 1.57±0.16 3.30±0.25

misure semi-esclusive

Gambino & al PRL 94 061803 (2005)

C9NP

C10

NP

C7<0SM=(0,0) C7<0 MFV MSSM

C9NP

C10

NP

C7>0

Sfavoriti i modelli che prevedono C7= –C7

MS e C9, C10 invariati

(MSSM MFV big tan light stop)

Vincoli sui coefficienti di WilsonVincoli sui coefficienti di Wilson

-


Misure esclusive BK(*)l+l – Misure esclusive BK(*)l+l – Canali estremamente rari.Previsioni SM affette da incertezze ~30% f.f.

Con statistica sufficiente diventano importanti TEST di asimmetrie: • ACP

• RK(*) = BF(K(*))/BF(K (*) ee)SM previsioni precise 0.01% (~0.2%)

NP puo’ introdurre grosse deviazioni O(10%) es. MSSM con nuove sorgenti di LFV

€

RK = (1.06 ± 0.48 ± 0.05)

RK* = (0.93± 0.46 ± 0.12)

€

RK = (1.38 −0.41+0.39

−0.07+0.06)

RK* = (0.98−0.31+0.30 ± 0.08)

€

RK = (1.000 ± 0.0001)

RK* = (0.991± 0.002)

Rapporto in relazione con BF(Bs) (vedi slide n.25)


Asimmetria FBAsimmetria FB

€

AFB (B+ → K +l+l−) = 0.10 ± 0.14 ± 0.01

AFB (B → K * l+l−) = 0.50 ± 0.15 ± 0.02

Misure in canali esclusiviB+K+l+l– canale di controllo: AFB=0 (anche con NP)

AFB e’ determinata dall’interferenza tra l’ampiezza C10 (vettore assiale , Z, W -QCD free) con C7, C9 (vettoriale).Lo ZERO di AFB definisce il segno di Ceff

7/Ceff9

SM q02=4.2 ±0.6 GeV2 (NNLO)

TEST importante di SM/NPGoto &al Phys. Rev., D 55 (1997) 4273

€

AFB (B+ → K +l+l−) = 0.15−0.23+0.21 ± 0.08

AFB (B → K * l+l−) > 0.55 (95%CL)

= 0.72−0.26+0.28 ± 0.28 Moriond'06




Risultati in accordo con SM. Esclusi alcuni scenari di NP (A9xA10>0)

Ai diversa parametrizzazione dei Ci

SM

Escluso SM q2<8 GeV2 al 98%CL. Esclusi alcuni scenari di NP (A9xA10>0)

ＳＭA9/A7

A10/A7


Decadimenti leptonici puri Bl+ l- Decadimenti leptonici puri Bl+ l- Teoria: decadimenti leptonici puri Bl+ l- sono processi FCNC

SM: proibito al Tree-level può avvenire con 1 loop

(penguin/box) soppresso per elicità Nell’approccio OPE dipende solo da Q10. Calcoli dei

contributi a corto raggio semplici (correzioni QCD piccole)

BF(Bd->)= |Vtd/Vts|2 BF(Bs->) se NP non introduce nuove sorgenti di FV

NP può contribuire aumentando notevolmente il BF: MSSM: BF~(tan)6/mA

4 fattore 100 Rapporto Bd/Bs utile per discriminare fra diversi modelli Indicazioni su 2HDM, mSUGRA,SO(10) GUT, Rp

violating models Sperimentalmente molto difficile:

statistica, PID, controllo dei sistematici (blind analyses)

Teoria: decadimenti leptonici puri Bl+ l- sono processi FCNC SM:

proibito al Tree-level può avvenire con 1 loop (penguin/box)

soppresso per elicità Nell’approccio OPE dipende solo da Q10. Calcoli dei

contributi a corto raggio semplici (correzioni QCD piccole)

BF(Bd->)= |Vtd/Vts|2 BF(Bs->) se NP non introduce nuove sorgenti di FV

NP può contribuire aumentando notevolmente il BF: MSSM: BF~(tan)6/mA

4 fattore 100 Rapporto Bd/Bs utile per discriminare fra diversi modelli Indicazioni su 2HDM, mSUGRA,SO(10) GUT, Rp

violating models Sperimentalmente molto difficile:

statistica, PID, controllo dei sistematici (blind analyses)

SM: Q10


Decadimenti leptonici B(s)l+l–Decadimenti leptonici B(s)l+l–S

opp

ress

ion

e d

i elic

ità

780 pb-1

BF(Bdl+l-) BF(Bsl+l-)

e

3.4 × 10-15 8.0 × 10-14

< 19× 10-8

< 6.1× 10-8

1.0 × 10-10 3.4 × 10-9

< 16× 10-8

<8.3× 10-8

< 30× 10-8

< 2.3× 10-8 < 8×10-8 780 pb-1

τ3.1 × 10-8 7.4 × 10-7

3.2 × 10-3 Difficilissimo

Ancora lontani dalla misura: solo CL (90%)

Eccezione: CDF in Bs +– si sta avvicinando al valore dello SM


BF(Bs

BF(bs

Polesello G.// Workshop Flavour Physics @LHC 11/05

1

tan=50 tan=60

hep-ph/0204225 MSSM Zpenguin


RK*

BF(BsxBF(Bsx

Esclusa da CDFEsclusa da CDF

RK*

Analisi model-independentAnalisi model-independentIl BF(Bs può essere messo in relazione con gli altri processi FCNC finora visti: bs, bsll, AFB,RK, RK*

Con un approccio Model Independent, estendendo la base degli operatori per includere transizioni MSSM, si possono ricavare i limiti sui Coefficienti di Wilson e/o scartare modelli.

RK

BF(Bsx BF(Bsx

RK

Esclusa da CDF Esclusa da CDF

hep-ph/0310219

Misurare R al 10~5% può essere utile molto utile


Decadimenti leptonici: Bττ Decadimenti leptonici: Bττ

€

BF(B+ → τ +ν τ ) =GF

2 mB

8πmτ

2 1−mτ

2

mB2

⎛

⎝ ⎜

⎞

⎠ ⎟

2

fB2 Vub

2τ B

€

BF(B+ → τ +ν τ ) = (1.28−0.90+0.95) ×10−4

< 2.6 ×10−4 90%CL€

BF(B+ → τ +ν τ ) = (1.59 ± 0.40) ×10−4 SM(VCKM

fit )

€

BF(B+ → τ +ν τ ) = (1.06−0.28+0.34

−0.16

+0.18) ×10−4 New!!

€

BF(B+ → τ +ν τ ) = BF(B+ → τ +ν τ )SM × rH

rH = (1−mB

2

mH2

tan2 β )2 = 0.67−0.26+0.29

Assumendo i valori fittati di VCKM e calcolati di fBsi pongono limiti ai parametri di SUSY

Non è raro, non è FCNC…ma….


Prospettive di misura a LHCbProspettive di misura a LHCb Abbiamo visto quante grandezze se misurate con maggiore precisione possono

contribuire a test più stringenti del SM e a porre dei vincoli sui parametri di NP. Dal punto di vista sperimentale occorrono:

Statistica (Trigger, accettanza) Reiezione del fondo Precisione di misura (masse invarianti, particle ID) Controllo dei sistematici

LHCb: ottimizzato per lo studio della fisica del B 1012 coppie bbar in un anno in accettanza (misure con Bd, Bs, b)

Trigger per la selezione dei decadimenti del B (IP) + di-muon trigger Eccellente PID (/K/e/ ) Risoluzioni di massa invariante (10-18 MeV) e vertici secondari (100-200m) Svantaggi rispetto agli esperimenti alle B-factories: “chiusura” degli eventi, pulizia

del segnale, possibilità di run off-resonance per il controllo dei fondi. Possibili misure eclusive o semi-inclusive di decadimenti rari.

Abbiamo visto quante grandezze se misurate con maggiore precisione possono contribuire a test più stringenti del SM e a porre dei vincoli sui parametri di NP.

Dal punto di vista sperimentale occorrono: Statistica (Trigger, accettanza) Reiezione del fondo Precisione di misura (masse invarianti, particle ID) Controllo dei sistematici

LHCb: ottimizzato per lo studio della fisica del B 1012 coppie bbar in un anno in accettanza (misure con Bd, Bs, b)

Trigger per la selezione dei decadimenti del B (IP) + di-muon trigger Eccellente PID (/K/e/ ) Risoluzioni di massa invariante (10-18 MeV) e vertici secondari (100-200m) Svantaggi rispetto agli esperimenti alle B-factories: “chiusura” degli eventi, pulizia

del segnale, possibilità di run off-resonance per il controllo dei fondi. Possibili misure eclusive o semi-inclusive di decadimenti rari.


Misure di BF/Rapporti/ACP di canali esclusivi @LHCb Misure di BF/Rapporti/ACP di canali esclusivi @LHCb

€

Bd0 → K *0 γ

Bs0 → φγ

Bd0 →ωγ

Bd0 → ργ

Bd0 → K *0 μ +μ−

Bd± → K ±μ +μ−

Bd± → K ±e+e−

Bd / s0 → μ +μ−

2fb-1

TOT [%] S/B N/year

0.16 <0.7 35k

0.22 <2.3 9.3k

Precisione di misura di RK=BF(B± K± +-)/ BF(B±K±e+e-) = 10% (1anno 2fb-1) 4.5% (5 anni)MB)=(74/15 MeV/c2 ee/)Misura di RK* possibile, da svolgere gli studi MCarlo

Vedi trasparenza

Vedi trasparenza successiva


BK0*+–BK0*+–

Punti di forza di LHCb per questa misura:PID K/ in p=[10:100]GeV/cTrigger L0 di-muoneOttime risoluzioni in massa (16/10/3.3 MeV/c2 B//K*) e angolo FB (4.1mrad)

2fb-1

Gia’ dopo un anno di presa dati LHCb e’ in grado di raggiungere la precisione necessaria per discriminare fra i vari modelli……

Precisioni (stat.)

1 anno 5 anni

BF(B) [1.7,2.5]%

ACP [1.2-1.8]% ~0.04-0.10

BF(s) ~6% (grandi s)

~14%(piccoli s)

~2.5% (grandi s)

~6.5% (piccoli s)

AFB [0.09, 0.026] [0.04, 0.10]

Zero AFB 1.2GeV2 (*) 0.5GeV2(*) Ceff

7/ Ceff9 stimati al 13%


Bs+–Bs+–

Luminosita’ integrata

S B Upper limit 90% CL

100 pb-1 ~ 0 ~ 0.2 6.4×10-8

10 fb-1 ~ 7 ~ 20 7.0×10-9

30 fb-1 ~ 21 ~ 60 6.6×10-9

CMSRisoluzione massa B=46MeV

30fb-1=primi 3 anni

Luminosita’ integrata

S B Upper limit 90% CL

10 fb-1 7 <1 ??

100 fb-1 26 <6.4 ??

LHCb ha ottime possibilità di misurare questo canale nei primi anni di misura.Le valutazioni Monte Carlo non consentono per ora di avere una stima affidabile del fondo atteso. Solo sui dati sperimentali sarà possibile studiare gli effetti sistematici di questo canale

ATLASRisoluzione massa B=80MeV

30fb-1=primi 3 anni

LHCbRisoluzione massa B=18MeV

2fb-1=primi 1 anno


aggiunteaggiunte


ConclusioniConclusioni

Lo studio dei decadimenti rari del B FCNC è un ottimo settore in cui svolgere test precisi del Modello Standard ed avere eventuali indicazioni di Nuova Fisica

Numerosi canali e osservabili sono misurabili e possono essere messi in relazione fra loro per svolgere indagini model-independent e porre limiti ai parametri di NP

Grazie alle misure svolte alle B-Factories, il quadro sperimentale attuale è piuttosto ricco. Tuttavia le precisioni sperimentali in molti casi sono inferiori a quelle teoriche a causa della statistica limitata e dei sistematici

LHCb contribuirà a migliorare in modo significativo lo studio di questi processi almeno nell’ambito dei canali esclusivi di decadimento

Lo studio dei decadimenti rari del B FCNC è un ottimo settore in cui svolgere test precisi del Modello Standard ed avere eventuali indicazioni di Nuova Fisica

Numerosi canali e osservabili sono misurabili e possono essere messi in relazione fra loro per svolgere indagini model-independent e porre limiti ai parametri di NP

Grazie alle misure svolte alle B-Factories, il quadro sperimentale attuale è piuttosto ricco. Tuttavia le precisioni sperimentali in molti casi sono inferiori a quelle teoriche a causa della statistica limitata e dei sistematici

LHCb contribuirà a migliorare in modo significativo lo studio di questi processi almeno nell’ambito dei canali esclusivi di decadimento


•LHC: collisioni pp a s = 14 TeV, rate di intersezione dei bunch = 40 MHzbb ~ 500 b (~ 0.5% rispetto al mbias)

•Ad alte luminosità cresce il pile-up di interazioni pp per bunch crossing:

•LHCb ha scelto di lavorare a L ~ 2 1032 cm-2s-1 (regolabile - fasci defocalizzati)disponibile dall inizio1 anno di misura = 2 fb-1

1012 bb in accettanza in un anno


Impact parameterresolution

Momentum resolution(full spectrometer)

–K separation

Mass resolution (MeV)


ee (4S) BBPEPII, KEKB

ppbbX (√s = 14 TeV, Δtbunch=25 ns)LHC (LHCb–ATLAS/CMS)

Production bb 1 nb ~500 b Typical bb rate 10 Hz 100–1000 kHz

bb purity ~1/4bb/inel = 0.6%

Trigger is a major issue ! Pileup 0 0.5–5

b-hadron types B+B– (50%)B0B0 (50%)

B+B- (40%), B0 (40%), Bs (10%)Bc (< 0.1%), b-baryons (10%) b-hadron boost Small Large (decay vertexes well separated)

Production vertex Not reconstructed Reconstructed (many tracks)

Neutral B mixing Coherent B0B0 pair mixing

Incoherent B0 and Bs mixing(extra flavour-tagging dilution)

Event structure BB pair alone Many particles not associated with the two b hadrons


Hamiltoniana effettiva per bs, bsll

MFV


Documents

IFAE2006Stefania Vecchi - INFN Bologna1 Ricerche di nuova fisica nei decadimenti del B: esperimenti in corso e prospettive di ricerca a LHCb Stefania Vecchi