MIXING e vite medie del CHARM
in
Alexis POMPILI ( Università & I.N.F.N. di Bari )
per la Collaborazione BaBar
XIV - IFAE Parma
Sessione Quark Pesanti - 4 Aprile 2002
Differenze di vite medie nei decadimenti del D0
Nuovi limiti su y (parametro di mixing del charm) :
- metodo ed estrazione delle vite medie
- sistematiche e resultati
x, y : Introduzione
0
Autostati di massa : | D10, 2   p | D 0   q | D  ( | D 0  , | D 0  Autostati di sapore)
masse: M1 , M2 & ampiezze: 1 , 2
PARAMETRI di MIXING :

M
x
,y
2

Mixing a corta-distanza &
mediante stati virtuali intermedi
 1 - 2
  ( 1  2 ) / 2
M  M 1 - M 2
Mixing a lunga-distanza
mediante stati reali intermedi
MS : x , y  sin2 θ c  [ rottura SU (3) ]2  10-6 (albero) correzioni
 | x |,| y |
…ma …
 10 -3

Nuova Fisica può intensificare x
FSI e rottura di SU(3) possono accrescere y
2
Alexis Pompili (Università & INFN Bari)
XIV - IFAE Parma 2002
x, y : Metodi di ricerca
D0  D
Sperimentalmente si cerca di misurare/porre limiti alla transizione
0
3 tipi di esperimenti sono sensibili ad una combinazione di x & y :
x2 , y
1) Ricerche WRONG-SIGN in decadimenti ADRONICI
D0  K  π-
Si studia l’evoluzione temporale dei decadimenti
0
cercando un segnale D0  D  K  π -
Complicazione: vi è una differenza di fase forte non nota fra i decadimenti CF e DCS
2) Ricerche WRONG-SIGN in decadimenti SEMILEPTONICI
0
x2 + y2
-
Si studiano i decadimenti
D D K l ν
Non richiede una buona risoluzione temporale, il tag leptonico è più pulito, i fondi elevati (n)
0
3) Ricerca di DIFFERENZA DI VITA MEDIA 
y [se CP conservata]
Richiede una (o più) coppie di misure di vite medie per decadimenti in stati a CP definito
3
Alexis Pompili (Università & INFN Bari)
XIV - IFAE Parma 2002
Ricerca di differenza di vita media
Asimmetria delle rates di dec. dei D neutri in autostati CP+(pari) and CP- (dispari) :
ˆ (CP  ) - 
ˆ (CP - )
ˆ (CP  )


yCP 

-1 

ˆ
ˆ

ˆ (CP equal mix )
(CP )  (CP )

τ (D0  K - π  ) - 1
τ (D0  K - K  )
K-K+ (p-p+) è autostato CP+ & K-p+ assunto quale eguale mistura di CP+, CPEstraendo le rates fittando con una pura exp. le rates di dec. dipendenti dal tempo :
yCP  y cos φ - 1 ( q/p 2- 1) x sin φ
2
NO CP
sin φ  0  CP nell’interf. di decad. con/senza mixing
| q / p | 1  CP nel mixing
yCP  y
| D 0   1  |D 0  | D 0 
1, 2

2 
sono autostati CP 
4
Alexis Pompili (Università & INFN Bari)
XIV - IFAE Parma 2002
Metodo di ricostruzione del tempo proprio


ee- cc  D* X ; D*  D0 πs ; D0 K -π  , K -K  , π- π 
TAG
D* è vertice primario :
vincolato al BS
: decadimenti ricostruiti
3 campioni indipendenti
1) tagging del sapore
2) riduzione fondo
dm = m(h+h-ps) - m(h+h-)
Tecnica del refitting col vincolo del BS
1) pDo punta al BS localizzando il punto di dec. del D*
2) pione lento pS rifittato con questo punto
3) D* costruito come vertice del D0 e di questo pS
incrementa risoluzione in dm
BS: σy  5μm  σ x 120μm  σz 9000μ m
0
D tempo proprio : t  mD0
TR
ldec
cpDTR0
,
TR
ldec
tD in xy
 5μm
 TR  TR
TR
 (d D0 - d )  pˆ D 0
D*
LUNGHEZZA di VOLO
BeamSpot
TR
 ldec
  130μm
risoluzione  65μm
5
Alexis Pompili (Università & INFN Bari)
XIV - IFAE Parma 2002
Criteri di selezione dei candidati D0
L’analisi usa :
cc
 30 fb -1 qq generico & campioni di segnale
57.8 fb-1 (dati 2000+2001) & seleziona eventi dal continuo
dati simulati ( Geant4 ) :
Tracciamento[DCH+SVT], vertexing[SVT], PID[DIRC+(DCH+SVT)] cruciali
ALTA QUALITA’ per TRACCE & RISOLUZIONE di VERTICE ( almeno 6 SVT-hits per ps)
BONTA’ del FIT per entrambi i VERTICI del D0 e del D*:
REIEZIONE D* da decadimento dei B:
S)
p Y(4
 2.5 GeV /c
0
D
P(χ 2FIT )  1%
SOLO
cc
IDENTIFICAZIONE di PARTICELLE applicata ad entrambi i prodotti del D0
K : criterio di selezione forte
;
p : selezione & m-veto
REIEZIONE FONDO combinatorio dovuto a p di basso p: taglio di elicità
TAGLIO su
dm :
finestra  2 [3]MeV intornopicco per πs con[senza]DCH-hits
6
Alexis Pompili (Università & INFN Bari)
XIV - IFAE Parma 2002
Identificazione dei K
< Efficienza >  85%
D0 -> K-K+
K-p+
< Mis-ID >
 2% , p  2.5GeV /c
 5% , p  3.5GeV /c
7
Alexis Pompili (Università & INFN Bari)
XIV - IFAE Parma 2002
Candidati D0
selezionati
dm=m(h+h-ps)-m(h+h-)
dopo taglio in dm
(h+h-)
m
K-p+
 158,000 (CF)
S  99.5%
S B
 16,500 (CS)
S  97.1%
S B
K- K +
K-p+
 8,350 (CS)
S  92.4%
S B
p-p+
K-p+
8
Alexis Pompili (Università & INFN Bari)
XIV - IFAE Parma 2002
Unbinned maximum
likelihood fit
tD
Psig(mi)
L  i Pi dove Pi (mi , t, δt; 11 parametri)
S1
(1-f2)(1-f3)
SEGNALE
s3
S2
+ f2(1-f3)
+ f3
RESOLUZIONE di tempo proprio
tBKG
+ f0(1-f4)
(1-f0)
[1-Psig(mi)]
FONDO
e
FONDO volante
FONDO
NON volante
MA con ...
SBKG S1
SBKG S2
s3
s4 fissato
f0f4
per le code
9
Alexis Pompili (Università & INFN Bari)
XIV - IFAE Parma 2002
Candidato D0: probabilità di segnale nel fit
scala LIN !
candidati in bande
laterali come parte
del likelihood fit
FONDO vincolato
nel campione di fit
K-p+
CODA
A BASSA
MASSA
Porzione
assegnata
al FONDO
K-p+
K-p+
10
Alexis Pompili (Università & INFN Bari)
K- K +
p-p+
scala LOG !
XIV - IFAE Parma 2002
Test con il MC : pull di tempo proprio
Il modello di risoluzione si adatta
ragionevolmente bene al MC
MC indica bias molto piccolo o nullo
rms  1.14
fit peak 0.7  0.7 fs
(ricostruito – vero) tempo proprio
(rico. – vero) tempo pr. /errore tempo pr.
11
Alexis Pompili (Università & INFN Bari)
XIV - IFAE Parma 2002
Distribuzioni di tempo proprio e fit resultante
K-p+
K- K +
p-p+
Punti: DATI |Istogramma: RISULTATO FIT |Istogramma pieno: FONDO dal FIT
12
Alexis Pompili (Università & INFN Bari)
XIV - IFAE Parma 2002
Rapporto di vite medie: SISTEMATICHE - I
La misura di vita media del D0 è una misura di ELEVATA PRECISIONE
[ incertezza statistica per il campione di CFD è di circa 1.3fs cioé 3/1000 ]
A tale livello di precisione sono necessari studi molto accurati delle
sorgenti di incertezze sistematiche (tracciamento, vertexing, allineamenti)
N.B.: - bias medio di 1.5mm nella posizione del vertice si traduce in 3fs di bias nella vita media
- shift di massa di 1MeV dovuto ad un bias nel momento implica 0.3fs di bias nella vita media
Qui non presentiamo una misura di vita media del D0 poiché l’incertezza sistematica complessiva (circa 3-4fs) può essere compressa con ulteriore studio.
Si è verificato, su un sotto-campione limitato, la piena compatibilità del risultato del fit sia
[412.6  2.8] fs
[412 sia
 2(col
stat.PDG
) ] fs
col nostro check di HF2001
Molti effetti sistematici sulla vita media
si elidono nel RAPPORTO di vite medie
13
Alexis Pompili (Università & INFN Bari)
XIV - IFAE Parma 2002
Rapporto di vite medie y : SISTEMATICHE - II
y
τ (K - π  ) - 1
τ (K - K  )
Incertezze sistematiche sulla y calcolate usando grandi campioni MC di segnale
Dati simulati sono stati modificati con variazioni reflettenti incertezze in…
- conoscenza del rivelatore
- criteri di selezione degli eventi
- livello e composizione del fondo
- posizione e dimensioni del beamspot
Test sistematici sull’allineamento interno dell’SVT usando
Incertezza
su y (%)
KK
pp
TRACCIAMENTO
+0.2 / -0.2
+0.9 / -0.9
IDENTIFICAZIONE di PARTIC.
+0.2 / -0.2
+0.4 / -0.4
FONDI
+0.2 / -0.2
+0.6 / -0.6
ALLINEAMENTO-VERTEXING
+0.2 / -0.1
+0.3 / -0.1
STATISTICA del MC
+0.4 / -0.6
+0.4 / -0.9
+0.6 / -0.7
+1.2 / -1.4
SORGENTE di INCERTEZZA
SOMMA IN QUADRATURA
e  e -  γγ 4 prongs
campione di controllo a vita media 0
La stima di y nel MC non mostra
alcun bias entro l’errore statistico
che viene considerato come una
ulteriore incertezza sistematica.
14
Alexis Pompili (Università & INFN Bari)
XIV - IFAE Parma 2002
RISULTATI: limiti su y
1.6  1.2 (stat.)  0.6 (sist.) ( D 0  K  K - )
- 0.7
y  
 1.2 (s ist.) ( D 0  π  π - )
1
.
0

1
.
7
(
stat.
)


- 1.4
y
[1.4  1.0 (stat.) 0.6 (sist.)] %
- 0.7
PRELIMINARE
EPS-2001
15
Alexis Pompili (Università & INFN Bari)
XIV - IFAE Parma 2002
Sommario CONFRONTO: limiti su x , y
Combinando i limiti su y di
BABAR, BELLE, FOCUS e CLEO:
(1.04  0.74)%
0
BELLE
CLEO
[assumendo d = 0°]
[d > 0°]
I limiti di CLEO e FOCUS su x, y
da Kp wrong-sign non si accordano
bene con la media mondiale su y
da , a meno che la differenza di
fase forte dKp non sia sufficientemente grande !
16
Alexis Pompili (Università & INFN Bari)
XIV - IFAE Parma 2002
Ruolo della differenza di fase forte dKp
dKp è cruciale; solo recentemente
dei lavori teorici ne predicono
valori sensibilmente diversi da 0 !
[ Falk et al., PRD 65, 054034 (2002)
Bergmann et al., PLB 486, 418 (2000)]
 media
includendo BABAR
In un intervallo ragionevole dei parametri
di rottura della simmetria SU(3), valori >45°
non sono ammessi.
95% C.L. Allowed
[assumendo d = 110°]
Attualmente il valore “sperimentalmente”
preferito è 110°, scenario nel quale y  0 & x  0
17
Alexis Pompili (Università & INFN Bari)
XIV - IFAE Parma 2002
CONCLUSIONI & PROSPETTIVE - I
La nostra misura preliminare
di y è consistente con zero !
y [1.4  1.0 (stat.) -00..76 (sist.)] %
E’ importante estrarre il risultato dal campione KK senza D*-tag :
l’incertezza statistica è <1% ma si lavora ancora sulle sistematiche
E’ cruciale fare una nuova misura su CAMPIONI PIU’ GRANDI
Sara’ interessante considerare anche autostati CP dispari come KSf
Limiti su x, y dall’analisi dei decadimenti Kp wrong-sign pronti presto
Sara’ utile considerare anche decad. Kpp0 wrong-sign
Attuale sensibilità dell’ord. di 10-2
[alcune unità x 10-3 con 0.5ab –1 @ Belle & BaBar ]
18
Alexis Pompili (Università & INFN Bari)
XIV - IFAE Parma 2002
CONCLUSIONI & PROSPETTIVE - II
Possibilita’ future di porre limiti sulla differenza di fase d fra CF e DCS
p. es. : misurando, con una sensibilità del % (alle B-factories), l’asimmetria…
A00 / 0 
( D 0 /   K S π 0/ ) - ( D 0 /   K L π 0/ )
( D
0 /
 KS π
0/
)  ( D
0 /
 KLπ
0/
)
 cos(δ CF K 0π0 /  - δ DCS K 0π0 /  )
Inoltre …
Asimmetrie di CP nel settore del charm sono, nel MS, <10-3 ;
se osservate costituirebbero un segnale di Nuova Fisica !
Attuale sensibilità dell’ord. di alcune unità x 10-2 (D0>KK,pp,KSp0,…;
D+->KKp,... ) destinata a migliorare significativamente alle B-factories !
19
Alexis Pompili (Università & INFN Bari)
XIV - IFAE Parma 2002
TRANSPARENZE di RISERVA
Ricerca nei decadimenti adronici wrong-sign
Tipo di esperimento sensibile a (xcosd + ysind) cosf , (ycosd -xsind) sinf , x2 +y2
x’
y’
d : differenza di fase forte fra DCSD & CFD
Si cerca una deviazione dall’exp. nell’evoluzione temp. dei dec. wrong-sign dei D neutri :
D0(t)K π-  D 0(t)K -π  e- t RDCS  RDCS y t  1 (x2  y2 )
4

D0(cu) p+
D*+
DCSD
MIXING
D0
NO
CP

DCSD
INTERFERENZA
MIXING
EPS01
CFD
HF9
K+p-
RDCS  RWS
RWS  [0.383  0.044(stat.)  0.022(sist.)]%
NO MIXING
RWS [%]
1+
Alexis Pompili (Università & INFN Bari)
XIV - IFAE Parma 2002