Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005 Das BELLE Experiment Das Experiment B-Physik : Ausgewählte Resultate Zukunftsperspektiven: Superbelle vs LHC Gerhard LEDER Hephy ÖAW-Wien ~1 km in diameter Mt. Tsukuba KEKB Belle KEK Tokyo

Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005 L peak = 1.56 x10 34 cm -2 sec -1 design = cm -2 sec KEKB Collider e-e- 8GeV e+e+ 3.5GeV = B-Fabrik (auf 4s Resonanz) B-Fabrik (auf 4s Resonanz) BB threshold BB Schwelle

Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005 Kontinuierliche Injektion Kein Grund, Run zu unterbrechen Immer bei ~max. Strömen, Luminosität ~30% mehr L dt KEKB & PEP-II HER Strom LER Strom kontinuierliche Injection (neu) normale Injektion (alt) Luminosität Time ~1 fb -1 /Tag ! (~1x10 6 BB) -

Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005 SVD Der BELLE Detektor

Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005 Unterschied SVD1.6 und SVD2.0 R beampipe 15 mm R layer 1 20 mm R outside 88 mm =54 Ladders SVD2 R beampipe 20 mm R layer 1 30 mm R outside 60 mm =32 Ladders SVD1

Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005 Wiener R/O & Trigger Elektronik R-PHI Trigger R-Z Trigger 24 input OR and analog signal input from VATA 2 x 18 FADCTF

Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005 B Zerfälle und das Standard Modell Elektro-schwach Hadronen Quark Niveau Endzustand QCD/Lattice Neue Resonanzen QCD/Lattice Neue Resonanzen b-Quarks sind schwer Vielfalt von Zerfallskanälen Reiches Feld für fundamentale SM Parameter V td V tb V cd V cb V ud V ub * * *

Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005 B Zerfälle und Neue Physik Experimentelle Messung SM Vorhersage gleich? Tieferes Verständnis Neue Physik ? Ja Nein Wesentlich: A NP ~ A SM (klein/verboten) b ts,d g,,Z W Penguin b xs,d + Neue Teilchen, Phase

Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005 Kontinuums Unterdrückung e+e+ e-e- e+e+ e-e- qq Signal B Anderes B Dominanter Untergrund für seltene Zerfälle: Continuum Jet-like BB sphärisch e + e qq Kontinuum (~3x BB) Zur Unterdrückung: Verwende event shape Variable Continuum Y (4S)

Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005 Die Standard Modell Physik bei BELLE selbstkonsistent falls SM korrekt V tb *V td V cb *V cd Unitaritäts Dreieck V ub *V ud V cb *V cd V tb *V td V cb *V cd + 1 += 0 ii {i=1,k=3}: V ub *V ud +V cb *V cd +V tb *V td = 0 d s b u V ud V us V ub c V cd V cs V cb t V td V ts V tb CKM-Matrix 1 i 0 B 0 ->ππ B 0 -> π B 0 ->J/ K s B 0 -> K s B 0 ->D ( * ) D ( * ) B 0 -> D*π B 0 ->D* B 0 ->D* B->D CP K V ub *V ud V cb *V cd 1 2 3

Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005 Penguin d b d _ s/d u u W B 0d0d - + V us/d V ub Tree Einfachster charmloser seltener Zerfall Tree - Penguin Interferenz Direkte CP Verletzung Wesentliche Vorhersage des Kobayashi-Maskawa Modells Wesentliche Vorhersage des Kobayashi-Maskawa Modells Verstehen des Penguin _ _ (B f ) (B f ) _ _ (B f ) (B f ) A CP = Anomalie (Neue Physik) B 0d0d d b d u u W g + - V ts/d V tb t s/d Direkte CP-Verletzung:B K /

Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005 A CP (B 0 K ) Evidenz für DCPV bei Belle auch bei [ A ( ) 3.2 ] A CP = [PID Effizienz Biaskorrektur: A = ] 275M BB 3.9 Signifikanz PRL93,191802(2004 ) B 0 K _ B 0 K Signal:

Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005 Goldener Kanal Prinzip der Messung B-Flavour Tagging t=1.6 ps z 200, 250 m Exklusive B Meson Rekonstruction kohärente BB Produktion sin2 m B ΨK S,L Quark Übergang b ccs Zeitabhängige CP Asymmetrie

Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005 Indirekte CP Verletzung : Mixing und/oder Tree - Penguin Interferenz sin2 1 (b ccs) = B0B0 B0B0 B0B0 VcbVcb V tb V* V tb V* 2 td J/ KSKS KSKS VcbVcb Neue Physik ?

Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005 Radiative und EW Penguins Br(bs ) 3.5 ×10 Br(bsl + l em × Br(bs ) 10 Neue Teilchen (via loops) können beträchtlichen Beitrag leisten zu Zerfallsraten und/oder Asymmetrien. Gutes Testfeld für SM und jenseits SM. bs, sl + l Zerfälle via FCNC Box und Penguin Diagramme bs bsl + l Zukünftige Untersuchungen: NEU: b d

Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005 K D D* Mass- / Vertex fit e+e- 3.5 GeV8 GeV K K D* D e/µ Neuartige Methode der Rekonstruktion D 0 inklusiv zusätzliche primäre Mesonen Laurenz Widhalm Analysen am HEPHY (eine herausgegriffen) Vollständige Rekonstruktion Siehe unser Poster bei ÖPG

Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005 q² Verteilung: Vergleich zu Lattice QCD Semileptonischer Formfaktor D 0 l D 0 Kl Semileptonische Zerfälle CLEO PRL94,011802(2005) lattice calc. pole model Siehe unser Poster bei ÖPG Resultate

Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005 LHC: Maximale Energie B s D s K, B 0 D 0 K* 0, B 0 B s KK, … B 0 K* B 0 K* 0 l + l -, b sl + l -, B s... B 0 K s, B s B 0 B 0 … B s D s, … B s J B s J ( ) Ein komplettes Program mit B Physik enthält: Präzise Messung von B 0 s -B 0 s Mixing: m s, s und Phase s. Präzise Bestimmung von Prozessen nur bei tree-level, um mögliche NP-Beiträge herauszufiltern. Mehrere andere Messungen von CP Phasen in verschiedenen Kanälen um Unitaritätsdreieck überzubestimmen Riesiger bb WQ: bb ~ TeV (4S) ) Zugang zu allen b-Hadronen: B d,B u, B s, b-Baryonen und B c Vorteile von LHC: Suche nach Effekten der NP, die in seltenen exklusiven and inklusiven B Zerfällen auftritt

Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005 FCNC sind offensichtlich stark unterdrückt: Jede Neue Physik im TeV-Bereich muss einen Mechanismus haben, der FCNC- Prozesse unterdrückt. Ausgeprägte Flavor-Struktur auch bei niederer Energie! Abweichungen vom SM in Flavor Physik suchen! Verschiedene SUSY-Modelle haben unterschiedliche Vorhersagen für Zeitabhängige CP-Asymmetrien, obwohl sie ähnliches Massenspektrum haben können (etc.) Die Sensitivität zukünftiger B-Experimente Maximale Luminosität

Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005 KEKB Collider Upgrade Scenario ~10 10 B mesons/year !! & also + - L peak = cm -2 s -1 L tot = 431fb -1 (May.14, 2005) crab cavities Major upgrade of KEKB & Belle (>1yr shutdown) world records ! 1.5x fb -1 ~5x10 34 ~1 ab -1 ~5x10 35 ~10 ab -1 L peak (cm -2 s -1 ) L int

Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005 Zusammenfassung (1) SM bisher überraschend selbst in Details erfüllt! Bestimmung der CKM-Matrix-Elemente im SM Indirekte CP-Verletzung A(t) bestimmt mit hoher Präzision sin2 1 (b ccs) = Grosse Anstrengung auch die beiden anderen Winkel zu messen ( 2 und 3 ) Außerdem Seitenlängen des Dreiecks: m d und m s, sowie V ub /V cb etc. sin2 1 (b sqq) Bedeuten andere Werte für schon neue Physik oder nur Penguin-Beitrag ?

Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005 Zusammenfassung (2) Beträchtliche Direkte CP-Verletzung (3.9 ) A CP (B 0 K + - ) = Asymmetrie Materie-Antimaterie im Universum ? Molekül D* 0 D 0 = 4 Quarkzustand oder konventionelle Erklärung? Neues Gebiet: D s - Spektroskopie etc. BELLE ist bei vielen Gebieten an vorderster Front: SUPERBELLE mit höherer Luminosität Komplementarität : LHC Superbelle

Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005 Methoden um B Signal zu extrahieren: 1) Cut auf M B und Fit an E Cut auf E und Fit an M B 3) Zwei-dimensionaler Fit an M B und E Verteilung 4) Falls B->P 1 P 2 P 3 : Cut E und M B Box und suche resonante Strukturen in M(P 1 P 2 ) Massen Verteilung. Prozedur, um B Signal zu extrahieren Zwei fast unabhängige VariableN M B und E können verwendet werden -->B Meson M B = (E beam ) 2 – ( P i ) 2 E = E i - E beam * * Verwende spezielle Kinematik des (4S)

Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005 Zeitabhängige CP Asymmetrie CP Verletzung zeigt sich aus Eigenzeit Differenz Verteilung von zwei B Meson Zerfällen Zeitabhängige CP Asymmetrie ACP ist: Standard Modell Vorhersage:S(ccs) = sin2 1, A(ccs) = 0 S(sss) = sin2 1, A(sss) = klein

Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005 Überblick: Background Zusammensetzung Signal nicht-D° bkg hadronisch bkg, misidentifizierte K Hadronisch bkg, misidentifzierte bkg von D° Kl bkg von D° K*l D° *l D° e D° D ATA Invariante Neutrinomasse 2 Alle Cuts außer Neutrino- masscut

Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005 Christoph Schwanda

Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005 Continuums Unterdrückung To separate spherical BB events from jet-like continuum events, topological variables are used: 1)Second Fox-Wolfram moment 2)Super Fox-Wolfram (six modified Fox-Wolfram moments, Fisher discriminant) 3) Angle between B meson and beam axis direction 4) Angle between thrusts of selected B meson particles and all other particles in event Likelihood ratio includes all info.

Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005 Rekonstruiere B J/ K 0 Zerfälle Messe Eigenzeit Differenz: t Bestimme flavor von B tag Berechne CP Asymmetry aus beiden t Verteilungen Prinzip der Messung e e e :8.0 GeV e :3.5 GeV B CP DzDz B tag (4S) ~ f CP (J/ K 0 ) z c B ~ 200 m Flavor tag