FABRYKI BFABRYKI B
DZIŚDZIŚ
I JUTROI JUTRO
Maria Różańska – IFJ PAN 10 listopada 2006
FABRYKI BFABRYKI B
hh bb + X
TEVATRON
(bb )/ tot~ 10-4, 109 BB/rok
LHC
(bb )/ tot ~ 10-2 , 1012 BB/rok
e+e- (4S) BB
(BB )/ tot~ 0.25
~3x107108 BB/rok
(od 1986)
Fabryki B czy zderzenia hadronów
pp (2TeV) bb + X
B0 J/Ks
(4S) BB bez dodatkowych cząstek !!!
~3MeV/c2
~10MeV
znamy energię B/B
Obszar sygnału
E
Mbc
FABRYKI B CZY ZDERZENIA HADRONÓW
22Bbeambc pEM
rekonstrukcja jednego B wyznacza czteropęd i liczby kwantowe drugiego z nich
W fabrykach BparyBB powstają bez dodatkowych cząstek
PEP-II w SLAC-u
KEKB w KEK-u
Belle
BaBar
9GeV (e-) 3.1GeV (e+)świetlność: 1.121034cm-2s-1
PEP-II i KEKB
8GeV (e-) 3.5GeV (e+)świetlność: 1.651034cm-2s-1
rekord świata11 krajów, 80 instytutów, 623 osoby
13 krajów, 57 instytutów, ~400 osób
Scałkowane świetlności KEKB i PEP-II
PEP-IIBaBar
24 lipca, 2006
KEKB Belle
KEKB + PEP-II
Świetlności znacznie przekraczają założenia obu projektów
~ miliard parBB
PROGRAM FIZYCZNY FABRYK B
1. Łamanie CP w rozpadach B
2. Parametry Modelu Standardowego (zespolone sprzężenia kwarków)
3. Poszukiwanie efektów nowej fizyki
4. Spektroskopia powabu
5. Fizyka
(0,0) (0,1)
W± qi
qjVij
Macierz CKMCabibby-Kobayashiego-
Maskawy
φ1(β)φ3()
φ2(α)TRÓJKĄT UNITARNOŚCInadokreślony poprzez pomiary z fabryk B
||||
*
*
cbcd
ubud
VVVV
||||
*
*
cbcd
tbtd
VVVV
0*** tbtdcbcdubud VVVVVV _ _(ρ, η)
Belle + BaBar
~ 500 publikacji,
180 w Phys. Rev. Lett.
>12000 cytowań
Br(K0L
) 0.002
Niezachowanie symetrii CP (CPV) 1964
(K0L l+-) -(K0
L l-+)(K0
L l+-) +(K0L l-+) 0.003
Bezwzględna różnica między materią i antymaterią !
Mechanizm Kobayashiego-Maskawy (KM)
CPV Nieredukowalna faza w Lagrangianie
s GFsinCud uGFcosC
Makoto Kobayashi
Toshihide Maskawa
1973
*CKMV
C
kąt Cabibby
C
12 , 23 , 13 , e -i
e -iβ
dduu
ss dduu
ss
?? ??
??
??
OBSERWACJA FAZY MACIERZY CKM
B B f fCo najmniej dwie amplitudy:
porównywalnej wielkości
efekty znacznie słabsze gdy A2<< A1
sinsin||||2)()()()(
21 AAfBfBfBfBACP
lipiec 2004
CPV w rozpadach
275M BBB0 K
_B0 K
ACP = -0.101 0.025 0.005 3.9
ACP = -0.133 0.030 0.009 4.2)()()()(
fBfBfBfBACP
(B0 K-+) = (B0 K+-)?
bW-
u
d d
s
u
0B
K
b
W- s
d
u0B
u
Kd
50 108.1)( KBBr
Vub
t
015.0093.0)(
2006 BaBar Belle
KACP
ASYMETRIE CP ZALEŻNE OD CZASU (tCPV)
b c
d
csd
J/KS
b
d c J/KS
bcsddt
t+
Vtd
Vtd
trzeba “poczekać” (t0) żeby mieć wkład drugiej amplitudy
BB00 f fCPCP
BB00
)(/)(/)(/)(/)( 00
00
fBdtdfBdtdfBdtdfBdtdtACP
)sin(2sin)( tmtA dCPCP
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.
tagB 0l (e-, -) =0.425
z = t c rec
sK
t picoseconds later, the B 0 (or
perhaps it is now a B 0) decays.
B 0
ll
d0B b
W
At t=0 we know this
meson is B0
from Richard Kass
B0 J/ K0 : 535106 parBB
B0 J/ KS B0 J/ KL
Nsig = 7482Purity 97 %
CP oddNsig = 6512Purity 59 %
CP even
0 0
hep-ex/0608039
B0 J/ KS
B0 tag_B0 tag
0 B0 J/ KL
B0 tag_B
0 tag
0
ACP(t) = -CPsin2βsinmt
sin2β= +0.643 ±0.038 sin2β= +0.641 ±0.057
hep-ex/0608039sin2β= 0.642 ±0.031 (stat) ±0.017 (syst)
2006: BaBar + Belle
• CPV ~O(1) !
• faza CKM wyznaczona bez niepewności hadronowych
(w przeciwieństwie do ε, ε’ z rozpadów kaonów)
TRÓJKĄT UNITARNOŚCI
/3 = [62 ]+38 -24
/2 = [83 ]+12 -23(1) B0,
,
BD(*)K(*)
sin2 =0.764± 0.039pośredni pomiar
(pozostałe pomiary bez sin2)
sin2=0.675±0.026bezpośrednie pomiary
SM FitUTfit collaboration: http://utfit.roma1.infn.it, hep-ph/0605213
sin2 vs |Vub|/|Vcb||Vub| @ 7.4%
Exp. stat 2.2%Exp. syst 2.7%
Teor. (SF) 4.1%
Teor. (inne) ~5%
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
Rzadkie rozpady B
• Czy możemy zaobserwować?• Czy możemy wykluczyć?
MS NF?Poszukiwanie efektów spoza Modelu Standardowego;
ACP(BK)
• ACP(B0K+-) = -0.0950.013 7
• ACP(B+K+0) = 0.04 0.04
niezgodność z ACP(B0K+-) 4.9
• Czy niezgdność z MS ?
B+ B+
u
uuu
++
++
1. Uprościćnp. ACP(t)
w rozpadach z przejściem bs (K, ’K,…)
2. Unikać hadronówrozpady leptonowe, półleptonowe, radiacyjne
B, B, BD bs, B(,ω), bsll
3. Jedno i drugieACP w bs
AFB w BK*ll
Jak się pozbyć “niepewności hadronowych”
)sin(2sin)( tmtA dCPCP
pierwsza obserwacja tCPV (5.6w pojedynczym kanale b s
_535M BB
ACP(t) w B0 'K0
_347M BB
2006: sin2 z rozpadów b s
Smaller than bccs in all of 9 modes
Theory tends to predictpositive shifts(originating from phasein Vts)
Naïve average of all b s modessin2eff = 0.52 ± 0.052.6 deviation betweenpenguin and tree (b s) (b c)
M. Hazumi ICHEP’06
ACP(t) BXs
• Model Standardowy ACP(t)0
– foton jest spolaryzowany B0s L, B0s Rstany końcowe różne dla B0 iB0
B0s L tłumione ~ms/mb
• ACP(t) potrzebny wierzchołek rozpadu B
b s
t
W
C7b
b
Ls
Rs
mb
mb
msms
trajektoria Ks
IP B vertex
100 , 5 , 3 ,x y zm m mm
pomiar dla super-fabryk Bprofil wiązki
ACP(t)
H+
B• Diagram anihilacyjny
• W Modelu Standardowym:
Br()=1.6x10-4
Br()=7.1x10-7
Br(e)=1.7x10-11
222
SMB
H H 2H
mr , r = 1- tan βmBr =Br
fB – stała rozpadu B
Rozpady leptonowe B
b s
, Z
t
W
b
u
W
b s
W W
t
Penguin Box Annihilation
Wiele różnych procesów
Stany końcowe z neutrinami
• Pełna rekonstrukcja jednego z dwóch B (Btag)pozostałe cząstki pochodzą z rozpadu drugiego B (Bsig)znamy ładunek/zapach Bsig znamy pęd Bsig
Υ(4S)e (8GeV) e+(3.5GeV
)
B
B
w pełni zrekonstruowany rozpad B (0.1~0.3%)BD etc.
Badany rozpad BXu l , BK BD,
Narzędzie do badania rozpadów B z neutrinami, do pomiarów inkluzywnych
B
BB++ D D0 0 ++ KK++ - - ++ --
BB-- -- ee--ee
Pierwsza ewidencja rozpadu B
Signal +
background
Background
B
Signal
17.2 przypadków w
obszarze sygnału 3.5
+5.3 - 4.7
: statystyczna znaczącość
E ECL- energia w kalorymetrze „nie wykorzystana” w rekonstrukcji przypadku
+0.56 +0.46 -4-0.49 -0.51Br B 1.79 ×10
Ograniczenia na naładowany bozon Higgsa
+0.56 +0.46 -4exp -0.49 -0.51
-4SM
Br =(1.79 )×10Br =(1.59 ±0.40)×10
222B
H 2H
exp
SM
mr = 1- tan βmBr =1.13±0.53Br
HPQCD fBHFAG |Vub|
Te obszary są wykluczone.
Silniejsze ograniczenia niż z ekspeymentów przy wyższych energiach.
BK(*) .
• Czyste teoretycznie, czułe na „Nową Fizykꔕ Bardzo trudne eksperymentalnie.
Sygnatura: BK(*) + nic.
Przewidywanie MSBr ~ 4x10-6.
• Babar @82fb-1
Btag z rozpadów hadronowych i półleptonowych
• Belle @253fb-1
Btag z rozpadów hadronowych
+ -5Br(B K νν) <3.6×10 (90%C.L.)
Obserwacja bd
Fabryki B dzisiaj
Obserwacja BK l+ l-
tCPV w rozpadach B0
pierwsze pomiary tCPV w B->K0
ACP B0K+
AFB BK* l+l-
Ewidencja B
DIR
5 ACP(t) w B->’K0
Obserwacja bd
Dsb
c
c
cq
cs
q
b c
q
csq
e
e
e
e
BABAR
Belle
2003 2004 2005
DsJ(2317)
DsJ(2458)
X(3872)Y(3940)
Y(4260)
Z(3930)
continuum ISR
B decays
B decays
Nowe cząstki z powabem
Picture: R. Faccini, DOE review 2005
Fabryki B dzisiaj produkcja i rozpady cząstek z kwarkiem c e+e- cc rozpady B
rozpady leptonów e+e- +- ~500 M
D,c , X
K
Co dalej ?
Precyzyjne pomiary przy niskich energiach Nowe fazy łamiące CP ? Prądy prawoskrętne ? Efekty dodatkowych pól Higgs’a ?……
Nowa Fizyka @ TeV
2007 rusza LHC znaleziony Higgs (SM) i nic więcej
poszukiwania Nowej Fizyki nadal poprzez niewielkie odchylenia od SM w rozpadach b, s, c, ….
Przykład:
Coraz dokładniejsze pomiary masy t z Tevatronu.
Sprzężenia |Vts|, |Vtd,| i fazę (Vtd) mierzymy
w rozpadach B.
Vtd
Vtd
Przykłady z historii:
KL kwark c
Częstość oscylacji K masa kwarku c
Częstość oscylacji B masa kwarku t
CPV 3 rodziny kwarków
Identyfikacja Nowej Fizyki
Bd- unitarity
m(Bs) B->Ks B->Ms indirect CP
b->s 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
SUSYmodels
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 violationCP
Rare decaysBOther signals
“DNA identification”of new physics
SuperKEKBSuperKEKB vs LHCb vs LHCb
B(Bs) < 0.53×10-4 (90% CL)
< 2 fb-1 (3 dni naświetlań @ (5s))
Crab crossing
Crab cavity
Super-KEKB można zbudować teraz!
SuperKEKBSuperKEKB Asymetryczny zderzacz e+e- - na bazie fabryki KEKB. świetlność 81035 cm-2s-1 1010 BB /rok. 8109 + - /rok. List intencyjny: http://belle.kek.jp/superb/loi “Physics at Super B Factory” hep-ex/0406071 cykliczne konferencje i warsztaty
Wyższe prądy,mniejsze y* „wnęki kraba” L = 81035
ECM=M((4s))
– Naturalna kontynuacja KEKB– Technologie sprawdzo(a)ne
przy KEKBHEP community in Japan is now discussing “Grand Lepton Collider”
plan to accommodate both Super-KEKB and ILC.
Harmonogram Super KEKB
Crab cavity
1.5x1034
470 fb-15x1034
1 ab-14x1035
10 ab-1
Lpeak (cm-2s-1)Lint
5x109 BB/yr.& also +-
M. Yamauchi - 2004
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
KEKBBelle
od 1999 r.
BK(*) .
• Czyste teoretycznie, czułe na „Nową Fizykꔕ Bardzo trudne eksperymentalnie.
Sygnatura: BK(*) + nic.
• „nic” może być ciemną materią( Pespelov et al.).
DAMA NaI 3Region
CDMS 04
CDMS 05Bezpośrednie poszukiwania ciemnej materiinieczułe w obszarze M<10GeV.
Przewidywanie MSBr ~ 4x10-6.