CP Verletzung, Pinguine und B B Oszillation Neueste B Mesonen Ergebnisse vom BELLE Experiment Sören Lange (Frankfurt/BNL) Univ. Mainz,
CP Verletzung, Pinguine und B B Oszillation Neueste B Mesonen Ergebnisse vom BELLE Experiment Sören Lange (Frankfurt/BNL) Univ. Frankfurt,
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
Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE BELLE B Mesonen Fabrik s = 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 x10 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.)
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 beam dump) dose 12/26/ 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)
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 UA 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=
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
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
Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE = 3 1 2 BABAR BELLE es ist keine QM Phase ! aber Kobayashi sitzt nebenan
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
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
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) < A CP < 0.37 PRD 64(2001)071101
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
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
Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE b sl + l - nicht nur , sondern und Z o e + e - BR~4·10 -5
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 ~ noch nicht beobachtet Und gluonische Pinguine ? (g u u) bereits gezeigt ! B
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
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
Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE Juli BELLE Kollaborationstreffen erste Gerüchte ueber BABAR Paper BABAR PRL Paper submitted (“Independance Day” Überraschung) Ende BELLE Datennahme (4s) Ende BELLE Datenrekonstruktion 30 Mio. BB “Flavour Tagging” - B o oder B o Öffnen der Signal-Box (“Blinde Analyse” !) CP Fit Rückflug KEK-BNL Phys. Rev. Lett. Draft Aufruf zur Geheimhaltung Jack Sandweiss = PRL Editor/STAR Period Coordinator BELLE Paper ist zu lang
Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE Juli 2002 cont’d EPS HEP Konferenz in Budapest 11 BELLE Talks aber strikte Geheimhaltung Ende BELLE Off-Resonance (-60 MeV) Datennahme BELLE PRL Paper submitted “Umi no hi” = Tag des Meeres Nationaler Jp. Feiertag keine s (Ruhe vor dem Sturm) SVD Monitor Shift :00 Steve Olsen’s Vortrag Rom :30 Abendessen CERN Einladung Kolloquium Mainz
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
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 BR~10 -8 (2005) SUSY Tests BR~10 -9 falls Super-KEKB neuer Silicon Vertex Detector Sommer 2002
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, 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)
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 !)
Ersatz
Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE Radiation 1154 bunches (RHIC=60) now: ~2 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 every beam reinjection (HV=8 kV) innermost 3 CDC layers already switched off since ~1 year
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 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
Sören Lange (Frankfurt/BNL) B Mesonen Ergebnisse von BELLE Soeren test