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Veröffentlicht von:Hedwig Stoetzel Geändert vor über 9 Jahren
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CP Verletzung, Pinguine und B B Oszillation Neueste B Mesonen Ergebnisse vom BELLE Experiment Sören Lange (Frankfurt/BNL) Univ. Mainz, 7.01.2002
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CP Verletzung, Pinguine und B B Oszillation Neueste B Mesonen Ergebnisse vom BELLE Experiment Sören Lange (Frankfurt/BNL) Univ. Frankfurt, 16.01.2002
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Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE Inhalt B o B o Oszillation (“Mixing”) m d CP Verletzung indirekt B J/ K s direktB + - Pinguine b s b sl + l - BELLE’s Zukunft nah: B J/ K * b d fern: b s
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Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE BELLE B Mesonen Fabrik s = 10.58 GeV = Masse (4s) zerfällt 50% in B o B o, 50% in B + B - T(e - )=8 GeV, T(e + )=3.5 GeV Datennahme seit 06/1999, ~10 Monate/Jahr 43.3/fb ~ 45·10 6 B Mesons(BABAR ~67.1) ~300 Mitglieder (BABAR ~650) Weltrekord Luminosität 11.12.2001 5.495x10 33 /cm 2 s(BABAR 4.513x10 33 ) Design 1x10 34 /cm 2 s Frankfurt = Mitglied seit 03/2000 SVD Level-2 Trigger Einstein-Podolsky-Rosen Korrelationen in BB Oszillation (früher: 97/98 SVD DAQ for Tokyo Metropolitan Univ.)
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Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE 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 2002 DC coupled DSSD 4-layer (z vertex resolution += ~factor 1.9) ladder length 22 cm -> 46 cm (17 o R i =2.2 cm (rule of thumb z [ m] ~ R[mm]) R o =6 cm -> R o =8.8 cm (slow track efficiency 54%->77%) rad hard < 10 Mrad (~5 years)
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Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE B o B o Oszillation (“Mixing”) “flavour tagging” mit Leptonen: b->l - X, b->l + X Erste Anzeichen von UA1 1987 in + - Paaren N ++ + N -- N +- + N -+ B o und B o wechseln Identität* 2. Ordnung schwache Wechselwirkung * QM: B ist Teilchen und Antiteilchen zum selben Zeitpunkt (bevor Messung) =0.42 A=
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Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE B o B o Oszillation (“Mixing”) B o und B o “schwingen” A(t) ~ cos( m t) mit Massendifferenz m=3.1±0.1·10 4 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
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Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE Was ist CP Verletzung ? entdeckt 1964 AGS/BNL, Cronin/Fitch (Princeton) Zerfall |K L > |K 2 > CP=-1 ( ), aber beobachtet 3 Arten: “direkt” - CP im Zerfall (zeit-unabhängig) ( B o f ) ( B o f ) Beispiel: NA48, KTeV, B-> CP in Oszillation (zeitabhängig) p( B o B o ) p( B o B o ) Beispiel: Dilepton Ladungsasymmtrie ~10 -3 N(l + l + )-N(l - l - ) / (N(l + l + )+N(l - l - ) 2 /(1+ 2 ) mit =-sin /2·10 3 “indirekt” = konstrukive Interferenz von Zerfall und Oszillation grosse CP Amplitude erwartet fuer gemeinsamen Endzustand B f und B f Beispiel: BELLE, BABAR, goldener Mode B, B J/ K s ~sin2
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Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE = 3 1 2 BABAR BELLE es ist keine QM Phase ! aber Kobayashi sitzt nebenan
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Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE Was bedeutet “Standard Modell” ? Störungstheorie H = H o + H 1 H o = starke + electromagnetische WW H 1 = schwache WW = Störung Elektro-schwache Kopplung präzise bestimmt an LEP jedoch Masse wird generiert durch Kopplung Higgs Quark > 10 weitere freie Parameter
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Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE B J/ K s indirekte CP Verletzung BR=8.9·10 -4 grosser Effekt, da ~ |V td * | ~ 1 2 (CKM Diagonal-Element) zeit-integrierte Asymmetrie = Null ! sin = sin 1 = Amplitude der CP Verletzung
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Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE B direkte CP Verletzung (zeit-unabhängig) BR(K )/BR( )~4, d.h. K ist vorteilhafter falls kein Pinguin ~ V ub * - selten, da off-diagonal CKM Element (<1% aller B Zerfälle) - sin2 jedoch 0.18 < |Pinguin|/|Tree| < 0.4 gluonischer Pinguin g u u Theorie schwieriger als EM Pinguine (~Drell-Yan) d.h. falls A cp sichtbar Interpretation nicht einfach experimentell sehr gute Teilchenidentifizierung /K notwendig BELLE (11·10 6 B Mesonen) -0.25 < A CP < 0.37 PRD 64(2001)071101
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Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE B J/ K * quark Diagram identisch zu B J/ K s sogar Faktor 1.7 häufiger (BR~1.5·10 -3 ) Bahndrehimpuls CP=+1L=0,2 CP=-1L=1 Messung der Polarisation notwendig (!) B J/ K* o (K s o ) bereits publiziert sin2 1 = 0.85±1.45 Update für 2002: Fehlerbalken ausserhalb von Null
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Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE bsbs 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 Teilchen z.B. geladenes Higgs, SUSY Teilchen Historie: K l + - war erstes Anzeichen fuer Existenz von charm B->X s - suche hoch-energetisches mit ( ,X s )>167 o - X s =K ± oder K o s + 1-4
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Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE b sl + l - nicht nur , sondern und Z o e + e - BR~4·10 -5
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Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE bdbd t und c in Pinguin Loop (~ Exponenten in CKM) unterdrückt mit |V td /V ts | 2 ~ 20-50 noch nicht beobachtet Und gluonische Pinguine ? (g u u) bereits gezeigt ! B
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Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE bsbs keine Resonanz in e + e - (J/ c ) BR ~ 5·10 5 (Standardmodell) aber experimentell sehr schwierig: 2 “missing” benötigt PIXEL Detektor
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Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE 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
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Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE 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” - B o oder B o 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
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Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE Juli 2002 cont’d 12.-18.07. EPS HEP Konferenz in Budapest 11 BELLE Talks aber 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. Feiertag keine 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
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Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE 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 B o -> c (K + K - o,K s K - + ) K s 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 set BABAR only processed new data, and combined sin2 result
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Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE Zukunft Luminosität steigt (Strom ~2A) Fehlerbalken x 1/250/fb (1 Jahr) x 1/2300/fb (5 Jahre) beobachtbare BR 10 34 BR~10 -8 (2005) SUSY Tests 10 35 BR~10 -9 falls Super-KEKB neuer Silicon Vertex Detector Sommer 2002
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Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE BELLE Subdetectors Silicon Vertex Detector3 layers, z =55 m (p=1 GeV/c, =90 o ) Central Drift Chamber8400 readout, 24944 field wires 50 hits/track, z L0 trigger Aerogel Cerenkov Counter1188 units Time-of-Flight128 slats, d=4 cm, t =95 ps Electromagnetic Calorimeter8736 CsI(Tl) crystals 5.5x5.5 cm 2, 18.2 X o /E =1.8% (E =1 GeV) K L and detector14 layers RPC/iron, V=±4 kV µ ± >90%, fake rate ~2% superconducting magnetB=1.5 T Extreme Forward Cal.320 BGO (for Luminosity)
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Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE 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 Auswirkung der Verletzung des Equivalenzprinzips ? -> gravitative WW mit astrophysikalischer (Anti-)Materie ? -> ist wirklich m( B ) = m( Bo ) ? -> Und ist QM Kohärenz erhalten ? (nur für punktförmige quarks !)
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Ersatz
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Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE 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 diodemrad/s= f(t) 8 x RADFETkradintegrate dose (beampipe) ~ 1.5 x dose(SVD) SVD abort: hardware abort>100 rad/st>1 ms (abort 10 ms later) software abort>100 mrad/st>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
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Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE Luminosity + Trigger + SVD upgrade 2002 Luminosity4x10^3310^34 Beam current (LER/HER) 0.930A / 0.775A2.2A / 1.1A L0 trigger rate100 kHz200 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 cmx 2 / x 1.2 Dose: x 8 VA1<200 kRad VA1/TA1<10 Mrad 0.8 m0.35 m BUT chip thickness d=520 m d=725 m shaping time x 0.5 (noise -=20%)rate x 4
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Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE Soeren test
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