Violazione di CP nei B

1. Violazione di CP nei B Perche’ e’ importante? • settore dei B molto piu’ ricco dei K • con effetti piu’ grandi (~10% nelle quantita’ misurate) rispetto al settore dei K (~0.2%); penalita’: canali abbastanza rari (Br da 10-3 fino a 10-6) • ma soprattutto molte quantita’ sperimentalmente osservabili sono direttamente correlabili a parametri fondamentali dello S.M. Outline • metodi di produzione e di identificazione dei B • previsioni dello SM per la violazione di CP nei B • misure sperimentali (BABAR, BELLE) Interpretazione del modello a quark: (b = -1) (b = +1)

2. Modi di produzione dei B Produzione adronica > Data la massa del quark b (~5 GeV), i B NON si trovano nei raggi cosmici o in radioattivita’ naturale. > In produzionesu targhetta fissa (fotoproduzione, protoni su idrogeno,..) la soglia di produzione e’ abbastanza alta ed i fondi sono elevati. Esercizio: calcolare l’energia minima per produrre il b nella reazione p+H. [71GeV] • La produzione a collider adronici produce B in grande quantita’ Ad esempio a CDF e D0 (protone-antiprotone 1+1 TeV) la sezione d’urto di produzione di una coppia di b+anti-b e’ di circa 50mbarn, con una energia media dei B prodotti di circa 10 GeV. (Una luminosita’ di 1030 => 50Hz!). Ad LHC (8+8 TeV) l’energia media sara’ di circa 30 GeV. Il rovescio della medaglia consiste nel fondo adronico (s~50mb) e quindi nella necessita’ di triggerare sugli eventi interessanti. E’ una produzione incoerente, in cui lo stato di un B evolve in modo indipendente dall’altro B prodotto. • Esercizio: Calcolare lo spettro in impulso del p+ nel decadimento B0-> p+p- a CDF.

3. Modi di produzione dei B Produzione e+e- • In collider e+e- sotto una risonanza. Risonanze tipiche sono la Y4S(10580) che decade esclusivamente in B+B- (50%) ed in Bd-antiBd (50%), e la Y5S che decade anche in Bs-antiBs. La risonanza piu’ importante e’ senza dubbio la Y4S, dove lavorano gli esperimenti CLEO, BABAR e BELLE. E’ una produzione coerente, in cui i due B evolvono in modo dipendente. Inserendo le correzioni radiative (nello stato iniziale e+e-) e la risoluzione dei fasci (3-6 MeV) la sezione d’urto efficace (quella con cui fare i conti!) e’ sEFF = 1.1 nb Esercizio: quali sono i fondi? Che sezione d’urto hanno? • In collider e+e- ad energie ben sopra la soglia (esempio KEK, LEP).Il processo elementare e’ la produzione di b – anti-b (tramite il fotone o lo Z). E’ una produzione incoerente, in cui un B evolve in modo indipendente dall’altro. Le sezioni d’urto sono:

4. Produzione incoerente di B Eventi a (due) jet -> vedere gli eventi di ALEPH altri adroni p, K,.. TAGGING! Esercizio: effettuare una shematizzazione – tipo quella sopra – per i collider adronici Le probabilita’ che un quark b diventi un adrone stabile sono state misurate a LEP. Il rivestimento dell’antiquark si assume indipenendente da quello del quark. Esercizio: calcolare il numero di B+ prodotti in un anno a LEP e CDF

5. Produzione coerente di B neutri alla Y4S Si produce una coppia di bosoni nel decadimento di una risonanza 1- -: Collider simmetrici (CLEO exp): i B sono praticamente fermi nel CM (kcm~340MeV)=> bg~0.06 Collider asimmetrici (BABAR, BELLE exp): i B si muovono quasi paralleli ai fasci (Elab~6.05GeV)*=> bg~0.56* (*) dato di BABAR (PEP2) Nota: BELLE (KEK2) usa 3.5+8.0 GeV

6. Come si identifica un B? Vedere i trasparenti sulle TECNICHE di VERTEXING!

7. Formalismo dei B neutri In analogia con i K: (Si e’ assunto CPT invariance) Spesso si approssima GH= GL = G

8. dettaglio di GH - GL nei B neutri Per il BdDG e’ piccolo perche’ e’ piccola la frazione di autostati di CP accessibili. Diagrammi adronici dominanti. Gli autostati di CP si raggiungono solo con un K neutro (L o S). Effetto previsto ~<1% Bd Per il BsDG non e’ piccolo perche’ la frazione di autostati di CP accessibili e’ rilevante Diagrammi adronici dominanti. Gli autostati di CP si raggiungono con sc nello stato finale; ud non contribuisce. La frazione di tali decadimenti e’ 3 (sc+color) / [ 3 (ud) + 3 (sc) + 3 (leptons) ~ 30%. Puo’ aversi un effetto ~10%! Bs

9. Violazione di CP nei B: a) CP diretta Come nei K: due ampiezze diverse che portano alle stesso stato finale. ak = modulo dell’ampiezza del processo k (k=1,2) 1 f i debole forte 2 Nei B NON ancora scoperta: si aspetta da BABAR/BELLE

10. Violazione di CP nei B: a) CP diretta - esempio Esempio che stiamo studiando in BABAR ( e in BELLE): B-> DK. Non e’ il canale con la maggiore asimmetria, ma e’ correlabile a g ! => ACP expected ~ 10%

11. Violazione di CP nei B: b) CP nel mixing E’ l’analogo di e nei K. Si effettua un “flavor tagging” al tempo t=0 di uno dei due B prodotti, e si osservano i decadimenti “flavor specific” dell’altro al tempo t. Ipotizziamo che il a t=0 il secondo B sia un B0 (per esempio il primo e’ decaduto in e-)

12. Violazione di CP nei B: b) CP nel mixing Se invece: Non ci porta informazioni, se non un controllo su CP diretta Ci permette di misurare q/p, ma e’ molto difficile! Per ora solo upper limits

13. Violazione di CP nei B: c) CP nell’interferenza fra mixing e decay Non ha un analogo nei K. Si effettua un “flavor tagging” al tempo t=0 di uno dei due B prodotti, dell’altro si osservano i decadimenti in un autostato |f> di CP al tempo t. Ipotizziamo che il a t=0 il secondo B sia un B0 (per esempio il primo e’ decaduto in e-). Poniamo anche DG=0

14. Violazione di CP nei B: c) CP nell’interferenza fra mixing e decay Analogamente: hf autovalore di CP dello stato |f>

15. Violazione di CP nei B: c) CP nell’interferenza fra mixing e decay Infine si misura: Remind: Attenzione: in produzione coerente l’asimmetria integrata risulta nulla! Occorre quindi misurare t ed effettuare un fit. Issue: correlazione allo SM? -> next slides

16. Violazione di CP nei B: c) CP nell’interferenza fra mixing e decay per i seguenti processi: 1) BD+D- leading process -sin(2b) 2) Bp+p- leading process (ci sono i pinguini) sin(2a)

17. Violazione di CP nei B: c) CP nell’interferenza fra mixing e decay 3) BYKS leading process .. ma si deve considerare anche il q/p del K: sin(2b) (r,h) q sin(2b) = sin(p-2b) = sin(2q) b

18. Matrice di K.M. h a g b 1 r