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Neue Ergebnisse der B-Meson Fabriken Klaus Peters Ruhr-Universität Bochum Bad Aachen 11. März 2003 DPG Frühjahrstagung.

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1 Neue Ergebnisse der B-Meson Fabriken Klaus Peters Ruhr-Universität Bochum Bad Aachen 11. März 2003 DPG Frühjahrstagung

2 Überblick CP-Verletzung eff, und Seltene B-Zerfälle non bc Übergänge bu, bs, leptonisch SM-Tests CKM Elemente V ub /V cb (s. Parallelsitzunen), V td

3 Weitere Vorträge T L. Wilden Messung des CKM Matrixelements |V ub | mit exklusiv semileptonischen B-Meson Zerfällen bei BaBar T R. Dubitzky Messung des CKM Matrixelements |V cb | mit exklusiv rekonstruierten B 0D* - e + e mit dem BaBar Detektor T R. Nogowski Bestimmung der CKM Matrixparameter mit dem Programmpaket ckmLfit T S. Christ Inklusive Messung der K-Meson Produktion in B-Meson Zerfällen bei BaBar T E. Maly Messung des inklusiven Spektrums neutraler Pionen aus Y(4s)- und Kontinuumereignissen bei BaBar T R. Dubitzky BaBar Erfahrung am GridKa Sowie weitere Parallelvorträge bei der DPG Tagung HK in Tübingen

4 PEP-II maximale Luminosität x cm -2 s -1 (Design Ziel 3.0 x ) PEP-II erzeugt 111 fb -1 B A B AR aufgezeichnet106 fb -1 SLAC B-Meson Fabrik 9 GeV e - on 3.1 GeV e + Boost = 0.55 IP beam size 147 m x 5 m

5 B A B AR Detector

6 SVT:97% Effizienz, 15 m z hit Auflösung (innere Lagen, 0° Spuren) SVT+DCH: (p T )/p T = 0.13 % p T % DIRC:K- Separation 3.0 GeV/c 4.0 GeV/c EMC: E /E = 2.3 %E -1/4 1.9 %

7 KEKB Asymmetrischer e + e - (4S) region (10.58 GeV) e : 8.0 GeV, 1.1A e + : 3.5 GeV, 2.6A finite angle crossing ± 11mr Design L=10 34 cm -2 s -1 Belle Detektor peak L= /cm 2 s -1 aufgezeichnet pb -1

8 Viele B-Zerfälle sind selten Hadronisch bsg Pinguin: BK, K (*) Unterdrückt bu (tree) Bhh, hhh Elektromagn. bs/d Pinguin: BK (*), X s, / Elektroschwach bsZ/ Pinguin: BK (*) l + l -, X s l+l-

9 m ES ~ 3 MeV Experimentelle Überlegungen Signal 1) Benutze Strahleigenschaften2) Kontinuum Unterdrückung Signal u,d,s,c background Fisher Disk. Arbitrary Units Thrust Schnitte Fisher Diskriminante Neuronale Netze 4) Globale Maximum Likelihood Fits 3) Tagging Kontinuum B background

10 Quartette haben messbare Phasen Sie definieren die Winkel, und CKM Matrix Unitaritätsdreieck Schwache WW der Quarks im Standard Modell

11 Unitaritätswinkel Charmonium und Open Charm (V cb ) B-Zerfälle B (c c )h, B D D Große Raten, wenig Komplikationen...

12 B 0 - B 0 Mischung und CP Verletzung f CP b d d b u,c,t top quark box: V tb V td * m d = m H - m L WW Direkte CP Verletzung: mehrere Amplituden mit unterschiedlichen Phasen Sensitiv auf die Phase von f auch ohne direkte CP Verletzung

13 Theoretisch sauber: Tree level dominiert und CP nur von B 0 B 0 mixing Relativ großes BR Klare experimentelle Signatur CP Asymmetrie in B 0 (c c )K 0 f = f e -i2 f =±1 B0B0 K0K0 B 0 MixingDecayK 0 Mixing und Zerfall c c s dd b

14 Zeitabhängige CP Analyse Ks0Ks0 J/ - (9 GeV)(3.1 GeV) + e+e+ e-e- B CP B Ta g t z/ (signed!) K+K+

15 Vertex and t Rekonstruktion Rekonstruiere B reco Vertex durch Zerfallsprodukte Bestimme B Tag Vertex Übrigen Spuren Constraints B reco Vertex beam spot und Y(4S) impuls Hohe Effizienz 95% Mittlere z Auflösung ~ 180 m (B Tag dominiert) ( ~ 260 m) t Auflösungsfunktion wird dabei aus den Daten bestimmt Beam spot Interaction Point B REC Vertex B REC Spuren B REC Richtung B TAG Richtung TAG Vertex TAG Spuren, V 0 s z

16 perfekte(s) tagging & t Auflösung typische(s) mistagging & t Auflösung Nötig: mistag Anteil w und t Auflösungsfunktion R für CP Asymmetrie Messung Werden aus B 0 B 0 Mischungsereignissen extrahiert. Tagging Fehler und t Auflösung

17 # Ereignisse und Reinheit DatensatzN tag Reinheit J/ K s ( + - ) 97497% J/ K s ( 0 0 ) 17089% (2S) K s 15097% c1 K s 8095% c K s 13273% Total ( f = -1) % J/ K L 98855% J/ K *0 (K s 0 ) 14781% Alle CP Moden264178% Neu: B 0 c K s wobei c K + K - 0, K + K s - BaBar88x10 6 B B

18 sin2 = ( f =+1) sin2 = ( f =-1) Resultat f =-1 f =+1 sin2 = (stat) (sys) | f | = (stat) (syst) S f = (stat) (syst) nur f =-1 B A B AR

19 Vergleich mit dem Standard Modell Eine Lösung für stimmt hervorragend mit anderen Messungen der Dreiecksspitze Method as in Höcker et al, Eur.Phys.J.C21: ,2001 = (1- 2 /2) sin2 = ± (stat) ± (syst) 88 x 10 6 B B B A B AR sin2 = ± (stat) ± (syst) 85 x 10 6 B B Belle

20 Cabbibo-suppressed mit schwacher Phase wie b c c s (tree) Pinguin Anteil unklar (erwartet: < 0.1 tree) Kein CP Eigenzustand, CP gerade (L=0,2) und CP ungerade (L=1) Winkelanalyse nötig (Transversalitäts-Basis) (b c c d) mode B 0 D *+ D *- N tagged = 102 Purity = 82% Falls Pinguine unwichtig sind sin2 = (stat)0.10 (syst) 2.7 kompatibel mit c c -Moden (Annahme ohne Pinguine!) B0B0 D * - D * + B0B0 D * - D * + V cd

21 (bc c d) in B 0J/ 0 Cabibbo und color-suppressed Moden mit vergleichbarem Tree und Pinguin-Anteil N tagged = 49 Reinheit = 59% f = + 1 V cd Tree: ~V cb V cd * ~ O( 3 ) schwache Phase wie bc c s Pinguin: ~V cb V cd * + V ub V ud * ~ O( 3 ) zusätzliche schwache Phase Ohne Pinguine C =0 S = - sin2

22 Charmloser Zerfall von gluonischen Pinguin dominiert (b s s s) Schwache Phase wie b c c s, aber sensitiv zu neuer Physik in den Schleifen Pinguin Moden: sin2 aus B 0K S Kleines BR ~O(10 -5 ) Signifikanter Untergrund q q Kontinuum N tagged = 66 (nur K+K-) Reinheit = 50% f = - 1 Fix |K | = 1, fit: SK = (stat) 0.09 (syst) SK = (stat) 0.18 (syst) B A B AR Belle

23 Erste Analysen zu CP-verletzenden Phase und möglicher neuer Physik in Pinguin Zerfällen B 0K 0 S B 0J/ 0 und open charm Zerfällen B 0D *+ D *- Zusammenfassung sin2 Neue Messung von sin2 in Charmonium Moden Verbesserte Resultate durch steigende Luminosität und verringerten Systematischen Fehler (Erste BaBar Resultate) Millionen B B Paare July 00 Feb 01 July 01 Mar 02 July 02 B A B AR

24 Unitaritätswinkel Charmlose (V ub ) B Zerfälle B, B Situation ist wesentlich komplizierter...

25 – CKM Struktur Pinguin und Tree Anteile tragen gleichsam bei aber mit unterschiedlicher schwacher Phase... Messung: – zu K – Verhältnis – große Pinguin Anteile Kann durch Isospin-Analyse entschlüsselt werden da Pinguin und Tree verschieden beitragen Für die Zukunft: 0 analysis noch nicht realistisch Aktuelle: messe eff das Pinguin/Tree Effekte einschließt b d d W–W– u u d b t,c,u g W–W– d d d u u b t,c g W–W– d d u u d

26 eff – Isospin Analyse Signifikante Pinguine Anteile führen zu || 1 Im = || sin(2 eff ) Isospin Analyse: Dreiecks-Konstruktion Definiere = 2 eff – 2 verlangt die Messung aller Seiten aber nur Zeit-integrierte Observable Aber geTagged! Schwierig!

27 – Ereignisse Peaking Background (K) unterdrückt durch DIRC PID Klares Signal

28 – Resultate Zeit-abhängige Fits S = 0.02 ± 0.34 ± 0.05 C = –0.30 ± 0.25 ± 0.04 S = –1.25 ± 0.41 C = –0.77 ± 0.27 ± 0.08 B A B AR Belle

29 – – Verbindung to Trotzdem können wir etwas lernen (Für diese Experimentgeneration) Limits für | eff – | mit der totalen B 0 B Rate (Grossman-Quinn analysis) | eff – | < 51 o (90%CL) BR(B ) < (90%CL)

30 – Ein anderer Zugang Isospin Analyse ersetzt durch Interferenzanalyse im ( + – 0 ) Dalitz plot Unterschiedliche Phasen in verschiedenen Bereichen Noch nicht genug Statistik für volle Analyse bislang: nur Bänder: PID wichtig!

31 Zusammenfassung Inzwischen genug Statistik um die Untersuchung zu beginnen Bislang keine eindeutige Evidenz für CP Verletzung Saubere Messung immer noch in der Zukunft : Wahrscheinlich in der nächsten Generation Modellabhängige Analysen bis dahin : Vielversprechender Start 500 fb -1 Ära der B-Fabriken ermöglicht modellunabhängige Resultate

32 Unitaritätswinkel

33 Die Seiten des Dreiecks V ub, V cb, V td

34 SUSY in B K* ? SM: A cp 1% in SM. SUSY: könnte dies auf ~20% erhöhen ~ B Paare A CP (B K*)= [-0.170, 0.082] (90% C.L.) B A B AR

35 V td /V ts Extraktion 15-35% Fehler Zum Vergleich m s /m d 7% error BR(B )~1/50 BR(B K* ) ~ 3* B K * b s B 0 Untergrund V td(s) Hohe isolierte -Energie (1.5

36 B Resultate a) BR(B 0) < 1.4 x b) BR(B +) < 2.3 x c) BR(B 0 ) < 1.2 x m ES (GeV/c 2 ) E*GeV SM:[ ] x SM [ ] x10 -6 Ali et al. Daten: 84 x 10 6 B B Paare Kein Signal, 90% C.L. wie (isospin sym) B A B AR

37 Standard-Modell TESTS

38 Tests zum Standard-Modell geladenes H? Suche nach stark unterdrückten Zerfällen (im SM) Beim Nachweis klarer Hinweis auf neue Physik multi-Higgs-doublet Modelle leptoquarks, R-parity violating SUSY… B l + l SM (BR) B 0 e + e B B 0 e + - BR(B +K +) (SM) FCNC Unterdrückung

39 B 0l + l - Resultate N GSB N SigBox N BG 90% CL obere Grenze B e + e B B e B + B e + e B e + Preliminary 54.4 fb -1 GSB SigBox B A B AR

40 Suche nach FCNC: b sl + l - SM B Kl + l x B Kl + l - 1.5x10 -6 Andere exotische Zustände? m l+l- Form könnte einen Hinweis auf neue Wechselwirkungen geben SM nicht-res SUSY m 2 l+l-

41 B Kl + l - (Kombinierte) Resultate Charmonium/D 0 Veto Topologische Schnitte B A B AR Belle 4.4 Kombination K*ll Moden: Annahme K*ee/K* =1.2 (Ali et al.).

42 Recoil Physik (für seltene Zerfälle) Voll rekonstruiertes B Meson (anderes B) Recoil System monochromatischer B-Strahl ~400 K voll rekonstruierte Bs in 87 fb -1 (unterschiedlicher Reinheit) Für Suche nach seltenen Zerfälle wie BK, B Statistik limitiert: ab -1 B-Fabrik Regime! Vorteile abgeschlossene Kinematik mit bekanntem Boost und bekanntem p Miss Untergrundunterdrückung! anderes B Brecoil Breco D* Y(4S) l

43 B +K + Results (Recoil Technik) Signalsignatur zusätzliches identifiziertes schnelles Kaon (p*>1,5 GeV/c) und wenig neutrale Energie (<0,5 GeV) 2 E. beobachtet (2.2 erwartet) Signal MCon-peak Daten BR(B +K +) (90% CL) MC signal Effizienz 0.1% Preliminary 50.7 fb -1 übrige neutrale Energie (GeV) m(D 0 ) Rec -m(D 0 ) PDG ( m(D0) )

44 Zusammenfassung sin(2 ) wieder verbessert Dalitz Plot Analyse in Sichtweite, Limit für |- eff | Verschiedene Ansätze Neue Expt. Generation für Isospin Analyse Verbesserte Kenntnis von |V cb | und |V ub | in Arbeit D 0 D 0 -Mischung, ISR-Physik, c c -Zustände, D (S) (*) -Spektrum, Seltene D-Zerfälle CKM Hauptquelle der CP-Verletzung SM immer noch unangetastet

45 Luminositätsausblick Year Integrated Lumi [fb -1 ] Peak Lumi [10 33 ] Yearly Lumi Cumulative Lumi Peak Lumi Yearly Lumi Cumulative Lumi Peak Lumi 1257, mid 2005 B A B AR Belle


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