CP Verletzung, Pinguine und B B Oszillation Neueste B Mesonen Ergebnisse vom BELLE Experiment

CP Verletzung, Pinguine und BB Oszillation

Neueste B Mesonen Ergebnisse vom BELLE Experiment

Sören Lange (Frankfurt/BNL)

Univ. Mainz, 7.01.2002

CP Verletzung, Pinguine und BB Oszillation

Neueste B Mesonen Ergebnisse vom BELLE Experiment

Sören Lange (Frankfurt/BNL)

Univ. Frankfurt, 16.01.2002

Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE

Inhalt

BoBo Oszillation (“Mixing”)md

CP Verletzungindirekt BJ/Ks

direkt B+-

Pinguinebsbsl+l-

BELLE’s Zukunftnah: BJ/K*

bdfern: bs


BELLE

B Mesonen Fabrik s = 10.58 GeV = Masse (4s)zerfällt 50% in BoBo, 50% in B+B-

T(e-)=8 GeV, T(e+)=3.5 GeV Datennahme seit 06/1999, ~10 Monate/Jahr

43.3/fb ~ 45·106 B Mesons (BABAR ~67.1) ~300 Mitglieder (BABAR ~650) Weltrekord Luminosität

11.12.2001 5.495x1033 /cm2s (BABAR 4.513x1033)Design 1x1034 /cm2s

Frankfurt = Mitglied seit 03/2000SVD Level-2 TriggerEinstein-Podolsky-Rosen Korrelationen in BB Oszillation(früher: 97/98 SVD DAQ for Tokyo Metropolitan Univ.)


SVD

strips, Hamamatsu DSSD “from the shelf” SVD 1.0 7/4/1999

SVD 1.1 complete backup of 1.0, disassembled due to bias line problems, never solved (thunderstorm ?)and 2 more SVDs 1.2, 1.4 (ladders exchanged), slowly dying (-> accident 03/28, 5 kRad @ beam dump)dose 12/26/2001 152 kRad

new SVD 2.0 > summer 2002DC coupled DSSD4-layer (z vertex resolution += ~factor 1.9)ladder length 22 cm -> 46 cm (17o<<150o)Ri=3 cm -> Ri=2.2 cm (rule of thumb z[m] ~ R[mm]) Ro=6 cm -> Ro=8.8 cm (slow track efficiency 54%->77%)rad hard < 10 Mrad (~5 years)


BoBo Oszillation (“Mixing”)

“flavour tagging” mit Leptonen: b->l- X, b->l+X Erste Anzeichen von UA1 1987 in +- Paaren

N++ + N--

N+- + N-+

Bo und Bo wechseln Identität*2. Ordnung schwache Wechselwirkung

* QM: B ist Teilchen und Antiteilchen zum selben Zeitpunkt(bevor Messung)

=0.42A=


BoBo Oszillation (“Mixing”)

Bo und Bo “schwingen”

A(t) ~ cos(m t) mit Massendifferenz m=3.1±0.1·104 eV (PDG) m=0.472 ps-1

m = wichtiger Input Parameter für CP

kann beobachtet werden an BELLE auf Skala z=2 mm Silicon Vertex Detector


Was ist CP Verletzung ?

entdeckt 1964 AGS/BNL, Cronin/Fitch (Princeton)Zerfall |KL>|K2> CP=-1 (), aber beobachtet

3 Arten: “direkt” - CP im Zerfall (zeit-unabhängig)

( Bof ) (Bo f )Beispiel: NA48, KTeV, B->

CP in Oszillation (zeitabhängig)p( Bo Bo ) p(Bo Bo )Beispiel: Dilepton Ladungsasymmtrie ~10-3

N(l+l+)-N(l-l-) / (N(l+l+)+N(l-l-) 2/(1+2) mit =-sin/2·103

“indirekt” = konstrukive Interferenz von Zerfall und Oszillationgrosse CP Amplitude erwartetfuer gemeinsamen Endzustand Bf und BfBeispiel: BELLE, BABAR, goldener Mode B,B J/Ks ~sin2


= 3 1 2

BABAR BELLE

es ist keine QM Phase ! aber Kobayashi sitzt nebenan


Was bedeutet “Standard Modell” ?

Störungstheorie

H = Ho + H1

Ho = starke + electromagnetische WW H1 = schwache WW = Störung

Elektro-schwache Kopplung präzise bestimmt an LEPjedoch Masse wird generiert durch Kopplung HiggsQuark> 10 weitere freie Parameter


BJ/Ks

indirekte CP Verletzung BR=8.9·10-4

grosser Effekt, da ~ |Vtd*| ~ 12 (CKM Diagonal-Element)

zeit-integrierte Asymmetrie = Null ! sin = sin1 = Amplitude der CP Verletzung


B

direkte CP Verletzung (zeit-unabhängig) BR(K)/BR()~4, d.h. K ist vorteilhafter falls kein Pinguin ~ Vub

*

- selten, da off-diagonal CKM Element (<1% aller B Zerfälle)- sin2

jedoch 0.18 < |Pinguin|/|Tree| < 0.4 gluonischer Pinguin g uu

Theorie schwieriger als EM Pinguine (~Drell-Yan)d.h. falls Acp sichtbar Interpretation nicht einfach

experimentell sehr gute Teilchenidentifizierung /K notwendig

BELLE (11·106 B Mesonen) -0.25 < ACP < 0.37 PRD 64(2001)071101


BJ/K*

quark Diagram identisch zu BJ/Ks

sogar Faktor 1.7 häufiger (BR~1.5·10-3) Bahndrehimpuls

CP=+1 L=0,2CP=-1 L=1 Messung der Polarisation notwendig (!)

BJ/K*o(Kso) bereits publiziertsin21 = 0.85±1.45

Update für 2002: Fehlerbalken ausserhalb von Null


bs

FCNC nicht erlaubt in 1. Ordnung, aber 2. Ordnung entdeckt 94 (CLEO) BR~3·10-4, d.h. nicht so selten

aber Problem: aus Continuum Background(u,d,s jets)

schwere Teilchen W, top in Loop:sensitiv auf noch schwerere Teilchenz.B. geladenes Higgs, SUSY TeilchenHistorie: Kl+- war erstes Anzeichen fuer Existenz von charm

B->Xs - suche hoch-energetisches mit (,Xs)>167o

- Xs=K± oder Kos + 1-4


bsl+l-

nicht nur , sondern und Zoe+e-

BR~4·10-5


bd

t und c in Pinguin Loop(~ Exponenten in CKM)

unterdrückt mit |Vtd/Vts|2 ~ 20-50

noch nicht beobachtet

Und gluonische Pinguine ?(guu)bereits gezeigt ! B


bs

keine Resonanz in e+e- (J/c) BR ~ 5·105 (Standardmodell)

aber experimentell sehr schwierig:2 “missing” benötigt PIXEL Detektor


Flavour Tagging - B oder B ?

inclusive leptons

high-p l- b c l - medium-p l+ s l +

inclusive hadrons

high p pi+ B o D(*)- +, D(*)- +

medium-p K+ K + X + o

low-p pi- D o -

plus correlations


Juli 2001

02.-04.07. BELLE Kollaborationstreffen erste Gerüchte ueber BABAR Paper

5.07. BABAR PRL Paper submitted(“Independance Day” Überraschung)

06.07. Ende BELLE Datennahme (4s) 09.07. Ende BELLE Datenrekonstruktion 30 Mio. BB 11.07. “Flavour Tagging” - Bo oder Bo

12.07. Öffnen der Signal-Box (“Blinde Analyse” !) CP Fit Rückflug KEK-BNL

13.07. Phys. Rev. Lett. Draft Aufruf zur Geheimhaltung

14.07. Jack Sandweiss = PRL Editor/STAR Period Coordinator BELLE Paper ist zu lang


Juli 2002 cont’d

12.-18.07. EPS HEP Konferenz in Budapest11 BELLE Talksaber strikte Geheimhaltung

16.07. Ende BELLE Off-Resonance (-60 MeV) Datennahme 18.07. BELLE PRL Paper submitted 20.07. “Umi no hi” = Tag des Meeres

Nationaler Jp. Feiertagkeine Emails (Ruhe vor dem Sturm)

21.07. SVD Monitor Shift 23.07. 11:00 Steve Olsen’s Vortrag LP01 @ Rom 23.07. 19:30 Abendessen CERN

Einladung Kolloquium Mainz


CP Result - BELLE vs. BABAR

BELLE steering angle 11 mrad, BABAR head-on(no magnet near IP less background)

BELLE Aerogel Č, BABAR quartz bars BELLE uses Bo->c(K+K-o,KsK-+) Ks

Summer CP Ergebnis 29/fb (~2 years)BELLE 1316 events / 282 bkgd.BABAR 1230 events / 200 bkgd.

BABAR gives symmetric error bars (?) Main difference:

BELLE 2002 completely reprocessed whole 29.5/fb data setBABAR only processed new data, and combined sin2result


Zukunft

Luminosität steigt (Strom ~2A)

Fehlerbalken x 1/2 50/fb (1 Jahr)x 1/2 300/fb (5 Jahre)

beobachtbare BR1034 BR~10-8 (2005) SUSY Tests1035 BR~10-9 falls Super-KEKB

neuer Silicon Vertex Detector Sommer 2002


BELLE Subdetectors

Silicon Vertex Detector 3 layers, z=55m (p=1 GeV/c,=90o)

Central Drift Chamber 8400 readout, 24944 field wires

50 hits/track, z L0 trigger Aerogel Cerenkov Counter 1188 units Time-of-Flight 128 slats, d=4 cm, t=95 ps

Electromagnetic Calorimeter 8736 CsI(Tl) crystals5.5x5.5 cm2, 18.2 Xo

/E=1.8% (E=1 GeV) KL and detector 14 layers RPC/iron, V=±4 kV

µ± >90%, fake rate ~2% superconducting magnet B=1.5 T Extreme Forward Cal. 320 BGO (for Luminosity)


Zusammenfassung

CP ist verletzt im B Mesonen System- 6 Abweichung von Null- Amplitude maximal (0.99)- verträglich mit Standardmodell

d.h. 2. Teilchenart nach K Mesonen nicht nur Laune der Natur

Es ergibt ein Unitaritätsdreieck !-> wir verstehen die Mathematik-> aber verstehen wir wirklich ?Oder ist CP Verletzung vielleicht die Auswirkungder Verletzung des Equivalenzprinzips ?-> gravitative WW mit astrophysikalischer (Anti-)Materie ?-> ist wirklich m( B ) = m(Bo ) ?-> Und ist QM Kohärenz erhalten ? (nur für punktförmige quarks !)

Ersatz


Radiation

1154 bunches (RHIC=60) now:

~2 mrad/s @ full current~10 mrad/s at injection (asymmetric)1 krad/s seen (!) in background bursts

Radiation Monitor (KEK, Melbourne, Tsukuba U)8 x PIN diode mrad/s = f(t)8 x RADFET krad integratedose (beampipe) ~ 1.5 x dose(SVD)

SVD abort:hardware abort >100 rad/s t>1 ms (abort 10 ms later)software abort >100 mrad/s t>2 s> 1-2 aborts per day ! (earthquake aborts ~3-4/year)

KLM trips @ every beam reinjection (HV=8 kV) innermost 3 CDC layers already switched off since ~1 year


Luminosity + Trigger + SVD upgrade 2002

Luminosity 4x10^33 10^34 Beam current (LER/HER) 0.930A / 0.775A 2.2A / 1.1A L0 trigger rate 100 kHz 200 kHz L1 trigger rate ~ (beam current)2

R<350 Hz R=1355 Hz + (beam-

beam) (physics:background = 1:4) SVD background

@ R=2.2 cm / R=6 cm x 2 / x 1.2 Dose: x 8

VA1<200 kRad VA1/TA1<10 Mrad

0.8m 0.35m BUT chip thickness d=520 m d=725 m

shaping time x 0.5 (noise -=20%) rate x 4


Soeren

test

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