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Beautiful Physics mit LHCb LHCb Ulrich Uwer Physikalisches Institut Universität Heidelberg Heidelberger LHC Treffen.

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Präsentation zum Thema: "Beautiful Physics mit LHCb LHCb Ulrich Uwer Physikalisches Institut Universität Heidelberg Heidelberger LHC Treffen."—  Präsentation transkript:

1 Beautiful Physics mit LHCb LHCb Ulrich Uwer Physikalisches Institut Universität Heidelberg Heidelberger LHC Treffen

2 B Production at LHC LHC pp collisions at s = 14 TeV Forward production of bb, correlated Bunch crossing (BX) rate of 40 MHz Multiple interactions per BX possible single interactions preferred L ~ 2 x cm -2 s -1 tuned ~10 12 b b events/yr produced all b hadrons produced: B u (40%), B d (40%), B s (10%), B c and b-baryons (10%) LHCb Single arm forward spectrometer 12 mrad < < 300 mrad(1.8< <4.9 ) inel ~ 80 mb bb ~ 500 b bb production: (forward!) b b

3 A typical B event Full GEANT simulation decay length L typically ~ 1 cm in LHCb decay products with p ~ 1–100 GeV need to tag production state (flavour) of B b hadrons are not coherent: mixing dilutes tagging

4 LHCb – Experiment Exzellente Vertex-Auflösung Gute Teilchenidentifikation gute Massenauflösung Flexibler+effizienter B-Trigger für nicht leptonische Zerfälle Moderate Lumi Anforderung L ~ 2 x cm -2 s -1 Nutzung des B-Potenzials von Beginn an: ~10 12 b b Ereignisse/Jahr Lumi-Tuning auf optimal. Wert Offene Geometrie erlaubt mit Upgrades auf neue physikal. Fragestellungen zu reagieren Vorwärtsspektrometer

5 Trigger HLT rateEvent typeCalibrationPhysics 200 HzExclusive B candidatesTaggingB (core program) 600 HzHigh mass di-muonsTracking J/, b J/ X (unbiased) 300 HzD* candidates PIDCharm (mixing & CPV) 900 Hz Inclusive b (e.g. b ) TriggerB (data mining) high IP, high p T tracks [software,1 ms] HLT: software using complete event [10 ms] 40 MHz 1 MHz 40 kHz 2 kHz high p T (m,e,g,h) [hardware, 4 ms latency] storage detector 30% Leptons

6 B Physik - heute ca. 600 Mio BB Paare on-tape Eine Vielzahl an Messungen B Fabriken Highlights Setzt den Rahmen für B Physik am LHC: Nachmessen von sin2β ist nicht das Ziel CP Verletzung im B d System R.Nogowski & K.Schubert, Dresden Messung von |V cb | mit 2% Fehler Direkte CP Verletzung im Zerfall

7 B Physik bei LHCb W New Physics W B s Meson Präzise Bestimmung der Mischungsparameter Messung CP Verletzung in B s Zerfällen Bestimmung der Phasen und Die gleichzeitige Messung von B s und B d Zerfällen reduziert theoretische Unsicherheiten. B d Meson Weiterführung des Programms der B-Fabriken insbesondere dort wo es statistisch limitiert ist. Vielzahl an unterschiedlichen Messungen erlaubt die indirekte Suche nach neuer Physik Seltene Zerfälle mit BR B 0 D 0 K* 0 = B 0 +, and B 0 + B s K + K, B s J/ ( ) B s D S K m s B s D S

8 Beispiel: Neue Physik im B Mixing Φ d = 2 + Φ d NP Φ s = 2 + Φ s NP CPV inB 0 J/ K s ~sin(2 +Φ d NP ) B 0 D * ~sin(2 +Φ d NP + ) B s J/ ~sin(2 + Φ s NP ) B s D s K ~sin(2 + Φ s NP + ) Rate of B 0 D 0 K* 0, D 0 K* 0, D 0 CP K* 0 Redundante Messungen: notwendig um CKM Phasen von Effekten Neuer Physik zu untescheiden W New Physics B (s) B (s) mixing phase: Messung der CP Asymmetrie:

9 Aktuell: Neue Physik in B K S ? sin2β aus ccK Zerfällen und sin2β in ssK Pinguin Zerfällen Mögliche Beiträge Neuer Physik 4 4 Diskrepanz

10 Physik-Potenzial Beispiele für Potenzial: Messung der B S Oszillation: m S Gold plated decay B s J/ Φ Messung des CKM Winkels Seltene Zerfälle B Physik am LHC erlaubt die indirekte Suche nach Neuer Physik. Komplementär zur direkten Suche bei ATLAS und CMS.

11 Channel Trig (L0+L1) tot YieldB/S B 0 34 %0.69 % 26 k< 0.7 B 0 K 33 %0.94 %135 k0.16 B s K %0.55 %5.3 k< 1.3 B s K K 31 %0.99 % 37 k0.3 B s D s 31 %0.34 % 80 k0.3 B s D s -+ K %0.27 % 5.4 k< 1.0 B 0 J / K S 61 %1.39 %216 k0.8 B 0 J / e - e K S 27 %0.16 %26 k1.0 B s J / 64 %1.67 %100 k< 0.3 B s J / e - e 28 %0.32 % 20 k0.7 B 0 36 %0.03 %4.4 k< 7 B 0 K 38 %0.16 % 35 k< 0.7 s 34 %0.22 %9.3 k< year (10 7 s) at L = 2x10 32 cm -2 s -1 tot det * rec/det * sel/rec * Tri g = norm. to 4 ( for B 0 Ereignis-Raten x640 BABAR events

12 m s with B s D s + (KK ) - Expected unmixed B s D s sample in one year of data taking (fast MC) Annual event yield: 80k Background B/S: 0.32 Tagging probability: 55 % Mistag probability w : 33 % Proper time res. 33 fs (core) m s (ps -1 ) ( m s ) Statistical precision / yr 5 observation of B s oscillation: 68 ps -1 / yr SM prediction: m s 20 ps -1

13 and Γ s with B s J/ Φ Φ s and Γ s with B s J/ Φ The gold plated decay of B s : SU(3) analogue of B d J/ K s A CP measures mixing phase Φ s In SM: Φ s = -2 = -2 2 ~ event yield ( ) / yr: 100k background B/S <0.3 proper time resolution 38 fs If Γ/Γ is ~0.1, can do a 5 discovery in one year ( ) ~ 2 O Sensitivity after 1 year A CP 0 New Physics in B s mixing

14 from B s D s + K + Measure s from time- dependent rates: B s D s K and B s D s K (+ CP-conjugates) B s J/ Use s from B s J/ After 1 year, if s/ s = 0.1, 55 < < 105 O m s ( +Φ s ) event yield ( ) / yr: 5.4k background B/S: <1.0 Only tree diagrams: insensitive to new physics in B mixing Time dependent B s B s asymmetries 5 yrs of data, m s =20 ps -1 B s D s K B s D s

15 from B and B s K K b u decays are sensitive to large penguin contributions in both decays Theoretically difficult to extract P/T ratio B d/s /K B d/s Measure time-dependent CP asymmetry for B and B s K K and exploit U-spin flavour symmetry for P/T ratio ( R. Fleischer). Take s, d from J/,J/ K s can solve for B d M =17 MeV Use RICH for K/ separ. without RICH B (26k / yr) B s K K (37k / yr) B K + (135k / yr) B s K + (5.3k / yr) ( ) = 4 6 deg

16 B 0 K* SM: BR(B 0 K* 0 + -) = ( ) x Measurement determines |V ts| Variables sensitive to New Physics: + - invariant mass distribution + - forward-backward asymmetry FBA = ( +, B direction in + - CMS) Annual yield (SM): 4.4k Efficiency:0.7% Background (B/S) <2 (BR) ~ 2% (A CP ) ~ 2% A FB (s) (A FB ) In 5 years: (AFB )~ 0.1

17 B s 0 BR(B s 0 + ) SM = ( )x10 -9 Good sensitivity to NP BR(B s 0 + ) SUSY ~(tan 6, A CP ~(tan 3 for large tan LHCb : 1 year 17 events B s 0 Backgr. study requires additional MC statistics, present limit from b X+cc. B/S<5.7 (M Bs )=18 MeV/c 2 SM signal in the first year !

18 Heidelberger Beiträge Bisher haben sich die Heidelberger Gruppe auf ihre Hardware Aufgaben konzentriert. Gruppe ist aber auch im Bereich der Datenanalyse nicht unvorbereitet: HERA-B Beteiligung BABAR Beteiligung Ab 2006 müssen wir uns auch verstärkt an Physik-Vorbereitung beteiligen Wichtiger Zugang zur Datenanalyse werden die Beiträge zur Spur- und Vertex- rekonstruktion sein. 1.B s Mischungsmessung Messung der B s Mischung ist Voraussetzung zur Messung der zeitabhängigen CP Asymmetrien. Erstes wichtiges Resultat von LHCb. 2.CP Verletzung im B s System Messung zeitabhängiger Zerfallsasymmetrien zur Bestimmung der CP Phasen: und. Test möglicher Beiträge neuer Physik. Zu diesen Messungen gehören eine Reihe vorbereitender Bench Mark Messungen. Analyse-Schwerpunktthemen


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