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Entdeckung der B - Oszillation mit ARGUS (1987). Überblick  Kaonen  B-Mesonen  Experimenteller Aufbau  Messung  Auswertung  Ausblick.

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1 Entdeckung der B - Oszillation mit ARGUS (1987)

2 Überblick  Kaonen  B-Mesonen  Experimenteller Aufbau  Messung  Auswertung  Ausblick

3 Kaonenzerfall

4 Zeitentwicklung

5 Kaon Oszillation

6 B-Mesonen Analoges Verhalten von B- und K-Mesonen

7 Zerfälle e+e+ e-e-   (4s)

8 Doris II  DOppel-RIng-Speicher  e + e - - Collider  Energie: 10,6 GeV  300m Umfang  Luminosität: 103 pb -1 für Y(4s) von 1983 bis 1986

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10 Argus  Detektor an Doris  Universeller Detektor für Energien um 10GeV   Notwendige Kompromisse

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12 Haupt Drift Kammer

13  |cos  |<0.76 für ganze Tracks  ~25000 Kathodendrähte  ~6000 Anodendrähte  Spannung: ~ 1N  Spurauflösung: 200  m  Magnetfeld: B = 0,8T

14 Energieverlust  Abstand zwischen Anodendrähten: 18mm   Ideal für Energieverlustmessung:15mm   /K-Separation bis 0,7GeV in 3 

15 Time-Of-Flight (TOF)

16  Messung der Geschwindigkeit   =220ps   /K-Separation bis 0,7GeV in 3   |cos  |<0.95 Abdeckung

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21 Messung Erstes vollständig rekonstruiertes Ereignis

22 Messung  M(D*)= 2008 MeV  M(D 1 )= 1873 MeV  M(D 2 )= 1886 MeV  P(  1 ) = 2186 MeV  P(  2 ) = 1579 MeV  Theorie:  M(D*)= 2010 MeV  M(D) = 1870 MeV

23 Vollständige Rekonstruktion Vorteil minimaler Untergrund minimaler Untergrund  quasi kein systematischer Fehler  quasi kein systematischer Fehler  Nachteil sehr geringe Statistik sehr geringe Statistik  hoher statistischer Fehler  hoher statistischer Fehler

24 2. Analysemethode Idee: Keine vollständige Rekonstruktion  Begrenzung auf semileptonische Zerfälle

25 Fehlerquellen  Messung der „falschen“ Leptonen: aus späteren Zerfällen aus späteren Zerfällen aus J/  Zerfällen aus J/  Zerfällen aus Paarbildung durch Photonen aus Paarbildung durch Photonen  Missidentifikation der Leptonen  Missidentifikation der B-Mesonen!!!

26 Lösungsansätze  Passende Eventauswahl: E (e -, e + ) ≥ 1,4 GeV E (e -, e + ) ≥ 1,4 GeV E (e - + e + ) ≠ E(J/  ) E (e - + e + ) ≠ E(J/  )  (e -, e + ) ≥ 32°  (e -, e + ) ≥ 32°  Untergrundmessung  Messung bei E Beam ≤ 10,6 GeV  Messung bei E Beam ≤ 10,6 GeV

27 Ergebnis  Events mit gleich geladenen Leptonen: N (l + l + / l - l - ) = 24,8 ± 7,6 ± 3,8  Events mit unterschiedlich geladenen Leptonen: N (l - l + ) = 270,3 ± 19,4 ± 5,0 N (l - l + ) = 270,3 ± 19,4 ± 5,0  Umwandlungsrate r:  r = 0,22 ± 0,09 ± 0,04

28 Semileptonische Zerfälle Vorteil geringerer statistischer Fehler geringerer statistischer Fehler  ermöglicht Bestimmung einer Umwandlungsrate  ermöglicht Bestimmung einer Umwandlungsrate  Nachteil Höherer Untergrund Höherer Untergrund  höherer systematischer Fehler  höherer systematischer Fehler

29 3. Analysemethode  Kombination der beiden ersten Methoden ein B-Meson wird rekonstruiert, das andere über semi-leptonischen Zerfall bestimmt ein B-Meson wird rekonstruiert, das andere über semi-leptonischen Zerfall bestimmt  Analoges Vorgehen

30 Ergebnis  Events mit gleich geladenen Leptonen: N (l + l + / l - l - ) = 4,1 ± 0,3  Events mit unterschiedlich geladenen Leptonen: N (l - l + ) = 20,8 ± 1,1 N (l - l + ) = 20,8 ± 1,1  Umwandlungsrate r:  r = 0,20 ± 0,12

31 3. Methode Vorteil Geringerer Untergrund Geringerer Untergrund Zusätzliche Ereignisse zur Auswertung Zusätzliche Ereignisse zur Auswertung  Nachteil Geringere Statistik Geringere Statistik  höherer statistischer Fehler  höherer statistischer Fehler

32 Kombiniertes Ergebnis  Aus Kombination aller drei Methoden: r = 0,21 ± 0,8  Sehr viel größer als erwartet

33 Theorie  Erwartung: r ≈ 0,01  m top >50GeV  heute: m top =(170,9±1,8)GeV

34 B-Oszillation   1/  = 0,71  ps    m=0,507±0,005 ps -1   m <    nur geringer Effekt!

35 B s -Oszillationen  Deutlich schnellere Oszillation   m s =(17,8±0,1)ps -1  Stimmt mit SM überein

36 Vergleich

37 Zusammenfassung  Argus: Beobachtung der B-Oszillation Beobachtung der B-Oszillation Unerwartet große Umwandlungsrate Unerwartet große Umwandlungsrate  Untere Schranke für top-Quark Masse  Untere Schranke für top-Quark Masse  Heute: Suche nach „Neuer Physik“ bei B s -Mesonen Suche nach „Neuer Physik“ bei B s -Mesonen Nicht gefunden!!!  Nicht gefunden!!! 

38 Referenzen  „b-quark physics at Doris“ von Dietrich Wegener  „Oszillation zwischen Teilchen und Antiteilchen bei B-Mesonen“ von Walter Schmidt-Parzefall  „Observation of B Bbar Mixing“ von Albrecht et al. (Argus)  „Argus: A universal detector at DorisII“ von Albrecht et al. (Argus)  „Advanced Particle Physics“ Skript von Prof. Schultz-Coulon  „Detektoren in der Kern- und Teilchenphysik“ Skript von Prof. Herrmann  „Observation B s -B s bar Oscillation“ von CDF-Collaboration 


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