Recenti risultati di FISICA del CHARM @ Alexis POMPILI (University & I.N.F.N. of Bari) [per la Collaborazione ] Incontri sulla Fisica delle Alte Energie Catania – 31 marzo 2005 Recenti risultati sperimentali di BaBar in questa rassegna Ricerca di Nuova Fisica Ricerca di FCNC & LFV in decadimenti dileptonici del D0 Ricerca di CPV nel charm (decadimento a 3 corpi del D+) Misure & Ricerche spettroscopiche Caratteristiche e decadimenti dei nuovi mesoni charmati Ricerca di un eventuale nuovo stato charmato IFAE – 2005 1 DsJ* (2317) & DsJ (2460) DsJ* (2632) A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) Charm Physics @ PEP-II B-factory PEP-II/BaBar e’ anche una “charm-factory” : mesoni charmati sono prodotti nella frammentazione dall’interazione avente sezione d’urto s~1,30nb [all’energia della Y(4S)]. Per confronto: e e cc s (e e bb ) 1,05nb Tipica selezione cinematica dei mesoni charmati: si richiede un taglio sul loro momento lineare nel C.M.S. : pD* (*) 2.5 GeV c Il fondo combinatorio viene fortemente ridotto I mesoni D(*) dai decadimenti dei B sono rigettati IFAE – 2005 2 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) PARTE 1a : ricerca effetti di Nuova Fisica IFAE – 2005 * A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) Ricerca di decadimenti rari del D0 : D 0 , e, [122fb-1; Phys. Rev. Lett. 93 (2004)] IFAE – 2005 * A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) D 0 : motivazione Nel Modello Standard (MS) : I decadimenti del tipo FCNC sono soppressi dal meccanismo GIM: Β( D0 e e ) ~ 1023 , Β( D0 ) ~ 3 1013 I decadimenti del tipo LFV (come il D 0 e ) sono proibiti ! Alcune estensioni del MS possono accrescere le B.F. a livelli che cominciano ad essere sperimentalmente accessibili (*) ! P.es.: in certi modelli super-simmetrici violanti la R-parita’ : Β( D0 e e ) 1010 , Β( D0 ) 106 , Β( D0 e ) 106 (*) [Burdman & Shipsey, Ann.Rev.Nucl.Part.Sci. (2003)] IFAE – 2005 3 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) D 0 : metodo B.F. normalizzate al D 0 avente cinematica simile (: sistematiche ridotte). I modi sono trattati, tranne la PID, in modo analogo (selezione ottimizzata separatamente): Identificazione e Identificazione Efficienza Contaminazione da 95% 0.2% 60% 2% [L’efficienza di identificazione del e’ del 90%] Sfida principale: reiezione del fondo (cercando di non sacrificare l’efficienza) - fondo combinatorio - fondo da D 0 Ridotto: 1) con p*>2.4GeV/c, 2) tagliando sul tempo di volo, 3) selezionando mesoni D0 con D*-tag : ee- cc D* X ; D* D0 πs ; D0 Incertezze sistematiche: PID & stima del fondo IFAE – 2005 4 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) superiori [@ 90% di C.L. ] D 0 :limiti Β( D0 ) S ( Nobs Nbg ) S Β( D 0 ) 1 N N bg : fondo atteso N obs : candidati osservati Con metodo di Feldman-Cousins modificato [ Conrad et al.,Phys. Rev. D67 (2003) ] [ Phys. Lett. B462 (1999) ] [ Phys. Lett. B596 (2004) ] [ Phys. Lett. B462 (1999) ] (Circa la LFV c’e’ anche il recente limite di BaBar su t -> g [hep-ex/0502032]) IFAE – 2005 5 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) Ricerca di CP nel decadimento D K K [80fb-1; hep-ex/0501075 (sottomesso a Phys. Rev. D)] IFAE – 2005 * A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) D K K : motivazione Il MS prevede asimmetrie di carica violanti CP dell’ordine di 10-3 nei decadimenti Cabibbo-soppressi (CS) dei mesoni charmati. La CP diretta potrebbe emergere dall’interferenza di un processo di decadimento al tree-level … e di uno con pinguino: Asimmetria di CP : dove A ampiezza di decadimento D f A ampiezza di decadimento D f ACP=0 se vi sono almeno 2 differenti ampiezze di decadimento con una relativa fase debole che viola CP ed una forte, che conserva CP, dovuta a FSI. Alcuni modelli di Nuova Fisica predicono livelli di CP dell’ordine di ~10-2. I limiti sperimentali attuali sono ~(2-5)x10-2 [risultati da FOCUS & E791]: lasciano ancora ampio spazio alla scoperta di effetti di nuova fisica. Il MS non prevede violazione di CP nei decadimenti dei mesoni charmati Cabibbo-favoriti (CF) o doppio-Cabibbo-soppressi (DCS): sarebbero dominati da una sola ampiezza debole. IFAE – 2005 6 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) D K K : metodo Se si assume che: le rate di decadimento totali per D+ e D- sono uguali (dalla CPT-invarianza); la rate di produzione dei mesoni D+ e Ds+ e’ simmetrica in carica; i decadimenti CF, come il Ds K K , e’ CP-invariante; …e’ possibile riscrivere l’asimmetria come: L’uso del modo CF come normalizzazione aiuta a contenere le sistematiche sperimentali associate al tracciamento ed alla identificazione di particelle. 1) valutare ACP senza canale di normalizzazione: misura consistente ! Cross checks: 2) valutare ACP per il canale di normalizzazione (CF): misura compatibile con 0 ! Oltre a misurare l’asimmetria totale, si misura: - quella relativa alle regioni del Dalitz Plot (DP) associate alle risonanze f e K*0, - quelle parziali in 16 bins in cui viene diviso adattivamente il DP IFAE – 2005 7 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) D K K :misura di ACP D + Ds Da questi yields e con le efficienze (da MC): [ FOCUS ( K - K π ) : (0,6 1,1 0,5) 10 2 ] Incertezze sistematiche: - stima del fondo - criteri di selezione L’asimmetria nei 16 bins del DP e’ consistente con l’essere costante (P=51%) e nulla ! Si e’ anche misurato il rapporto di B.F.: IFAE – 2005 8 Β( D K K ) [10,7 0,1 (stat.) 0,2(syst.)] 10- 2 Β( D K ) [ E687 : (9,76 0,42 0,50) 10 2 ] PID A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) PARTE 2a : spettroscopia IFAE – 2005 * A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) * D ( 2317 ) , D ( 2460 ) Misura delle proprieta’ dei sJ sJ Approccio inclusivo: DsJ prodotti in decadimenti cc [125fb-1; analisi preliminare @ hep-ex/0408067 ] Approccio esclusivo: DsJ prodotti in decadimenti completamente ricostruiti dei B MASSE, LARGHEZZE SPIN [113fb-1; Phys. Rev. Lett. 93 (2004)] IFAE – 2005 * A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) DsJ* (2317) , DsJ (2460: motivazione ) I 2 stati stretti scoperti da BaBar & CLEO, sono oggetto di studio estensivo a BaBar & Belle. Ds1 (2536) DsJ* (2573) DsJ (2460) DsJ* (2317) Ds* Ds Godfrey-Isgur model JP onda-S onda-P Sono consistenti con l’essere gli stati cs di onda-P “mancanti”, ma altre interpretazioni non sono finora state escluse. Sono interessanti perche’: - hanno masse inaspettatamente basse (sotto le soglie DK[D*K] !); - sono stretti con larghezze (G<10MeV) consistenti con la risoluzione sperimentale; - se interpretati come stati cs, essi decadono principalmente via emissione di che viola la conservazione dell’isospin, cosi’ spiegando l’essere stati “stretti”. Ulteriori studi sono necessari per una piena comprensione della loro natura. Nel piu’ recente studio vi sono misure dettagliate delle masse e delle varie B.F. relative [fra queste sono nuove quelle dei decadimenti, radiativo ed in 3 corpi, del DsJ(2460)]. Queste misure sono effettuate fittando gli spettri di massa inclusivi nelle seguenti combinazioni: IFAE – 2005 9 Ds 0 , Ds , Dsg , Ds 0g , Ds A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) 0 Spettro inclusivo Ds Ricostruzione: p* ( Dsg ) 3,2 GeV c 2 Ds K * K , f p( 0 ) 400 MeV c [segnale del Ds*+ eliminato] Riflessioni/contributi (modellati nell’U.M.L.fit): Riflessione dal Ds*(2112): DsJ* (2112) ( Dsg ) g [random] Riflessione dal DsJ(2460): DsJ* (2317) DsJ (2460) Ds 0g [ N 1275 45] Per coincidenza cinematica tale riflessione ha una massa media ~2317. La shape e’ asimme-trica a causa della variazione di efficienza sullo spazio delle fasi del DsJ(2460). Fondo combinatorio m[ DsJ* (2317) ] [2318,9 0,3(stat.) 0,9(syst.) ] MeV c 2 Nessuna evidenza di DsJ (2460) Ds 0 Limite sup. (95% C.L.): IFAE – 2005 10 [ N 3 26] Eventuale segnale di DsJ(2460) proibito se 1+ A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) 0 Spettro inclusivo Ds g Per tale decadimento a 3 corpi bisogna consi- D (2460) sJ derare a priori i 2 possibili stati intermedi: Ds* 0 , DsJ* (2317) g Ds 0g Ds K * K , f Ricostruzione: p* ( Dsg ) 2,7 GeV c 2 p( 0 ) 400 MeV c E (g ) 135MeV g con 0-veto Dallo spazio delle fasi permesso: entrambi i sotto-decadimenti sono limitati ad una massa Dsg vicina a quella del Ds* ! E’ possibile isolare il segnale del DsJ(2460) selezionando la regione di segnale del Ds*: il fondo si riduce decisamente ma una qualche forma di fondo che picca e’ stata introdotta! Lo studio delle componenti del fondo va fatto guardando lo spettro di massa anche nelle bande laterali del Ds*. IFAE – 2005 11 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) Ds* sideband “bassa” Riflessioni/contributi (modellati nei 3 U.M.L.fit indipendenti): Riflessione dal DsJ*(2317): DsJ* (2317) ( Ds 0 ) g [random ] Riflessione dal Ds*(2112): D (2112) ( D g ) 2g [random] * sJ s Ds* segnale DsJ (2460) [ N 292 29] Fondo combinatorio m[ DsJ (2460) ] |D 0g [2459,1 1,3(stat.) 1,2(syst.) ] MeV c 2 s Ds* sideband “alta” Per distinguere il contributo dei 2 sottodecadimenti si effettua un U.L.fit in 2D applicato alle distribuzioni di massa Ds0 e Dsg. Risulta che il decadimento procede al ~100% attraverso il Ds*0 [266+38] a scapito del DsJ*(2317)g [-11+37] ! Limite sup. (95% C.L.): La soppressione del decadimento D ( 2460) D * ( 2317) g indica che il meccanismo del sJ sJ decadimento elettro-magnetico non compete con un processo forte, ma violante isospin, che risulterebbe da un meccanismo di h-0 mixing. IFAE – 2005 12 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) Spettro inclusivo Ds g Ricostruzione: Ds K * K , f p* ( Dsg ) 3,2 GeV c 2 E (g ) 500MeV g con 0-veto Riflessioni/contributi (modellati nell’U.M.L.fit): Riflessione dal DsJ(2460): DsJ (2460) Ds 0 ( g g )g Riflessione dal DsJ*(2317): Fondo combinatorio m( Dsg )[GeV c 2 ] DsJ* (2317) Ds 0 ( g g ) m[ DsJ (2460) ] |Dsg [2457,2 1,6(stat.) 1,3(syst.) ] MeV c 2 DsJ (2460) [ N 509 46] Nessuna evidenza di DsJ* (2317) Dsg Limite sup. (95% C.L.): IFAE – 2005 13 Eventuale segnale di DsJ*(2317) [ N 107 84] proibito se 0+ A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) Spettro inclusivo Ds [ N 67 11] DsJ (2460) Ds1 (2536) m[ Ds1 (2536) ] [2534,3 0.4(stat.) 1.2(syst.) ] MeV [ N 124 18] [0,6 1,8] 2317 Nessuna evidenza di strutture strette per m>2,63GeV/c2 m[ DsJ (2460) ] |Ds [2460,1 0.3(stat.) 1.2(syst.) ] MeV c 2 Combinando m[ DsJ (2460) ] |Dsg , m[ DsJ (2460) ] |D 0g , m[ DsJ (2460) ] |Ds si ha : s m[ DsJ (2460) ] [2459,4 0,3(stat.) 1,0(syst.)] MeV c 2 proibito se 0+ No evidenza Limite sup. (95% C.L.): * di DsJ (2317) IFAE – 2005 14 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) c2 Spettro inclusivo Ds Secondo alcune congetture teoriche il DsJ*(2317)+ puo’ essere uno stato a 4 quark ibrido [Barnes et al., Phys.Rev. D68 (2003); Lipkin, Phys.Lett. B580 (2004); Browder et al., Phys.Lett. B578 (2004)] Per verificare se lo stato carico osservato faccia parte di un isotripletto di tetraquark si cercano gli eventuali partner (neutro & doppio-carico) con massa simile: [28 25] Il modello nel likelihood fit assume ipotetici DsJ*(2317)0 ,DsJ*(2317)++ , con la stessa massa del DsJ*(2317)+. Ds Nessuna struttura osservata Isospin favorito : I [ DsJ* (2317) ] 0 [39 16] Ds Conferma l’analisi di CLEO (a bassa statistica) IFAE – 2005 15 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) DsJ* (2317) , DsJ (2460) : Spin-Parita’ DsJ* (2317) Decade in mesoni JP=0- permessa solo spin-parita’ naturale [0+,1-,2+,…] JP=0+ suggerito da: 1) bassa massa rispetto a Ds1(2535) & DsJ*(2573) 2) assenza decadimento in Ds+g (non permesso se JP=0+) 3) assenza decadimento in Ds++- (: decadimento in 3 pseudoscalari non permesso se JP=0+) DsJ (2460) Una spin-parita’ non-naturale e’ piu’ probabile (mancanza di decadimenti in DK) DsJ (2460) Dsg J 0 Il decadimento in Ds+- e’ permesso da JP=1+ (e’ forte: conserva l’isospin; ma e’ OZI-soppresso) L’ analisi di elicita’ dai decadimenti esclusivi del B favorisce J=1 (v.oltre) IFAE – 2005 16 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) (*) decadimenti esclusivi del B [ Ddai sJ ] B DsJ(*) D (*) I mesoni DsJ(*) sono stati ricostruiti esclusivamente, dai decadimenti dei mesoni B: B DsJ(*) D (*)0 B 0 DsJ(*) D (*) DsJ* (2317) Ds 0 I modi con il D* sono stati osservati per la prima volta. Le B.F. misurate per i modi col D sono in accordo con Belle. Β( DsJ (2460) D g ) B( DsJ (2460) D 0 ) s * s DsJ (2460) Ds* 0 DsJ (2460) Dsg 0.274 0.045(stat.) 0.020(syst.) Compatibile con la misura dal cc ! IFAE – 2005 m(DsJ) 17 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) m(B) Analisi di elicita’ del DsJ (2460) Per lo studio dello spin e’ necessaria una analisi angolare che richiede una ricostruzione esclusiva (dai B) [seppur con meno statistica rispetto alla ricostruzione inclusiva]. Si scelgono dei modi puliti pur se a bassa statistica: B DsJ (2460) D , DsJ (2460) Dsg Angolo di elicita’ (qH) = angolo fra … - il vettore p(DsJ) nel sistema di riferimento del B - il vettore p(Ds) nel sistema di riferimento del DsJ Si estraggono i numeri di candidati DsJ in bin separati di cos(qh). J=2 J=1 Qualita’ del fit alla distribuzione di cos(qh) a seconda del modello atteso per un certo valore di spin: J=1 preferito : [ 2fit 4 / 4] J=2 sfavorito : [ fit 2 IFAE – 2005 18 36 / 4] A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) * D ( 2632 ) Ricerca dello stato sJ [125fb-1; analisi preliminare @ hep-ex/0408087 ] IFAE – 2005 * A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) DsJ* (2632) : motivazione SELEX(E781) [adro-produzione di mesoni charmati (con fascio di S-(e -) @ 600GeV/c su bersaglio)] annuncia [hep-ex/0406045, poi Phys.Rev.Lett. 93 (2004)] l’osservazione di un nuovo mesone carico charmato che decadrebbe in Dsh (con significavita’ statistica ~6.2s) ed in D0K (significavita’ ~5.3s). Fondo combinatorio event-mixed [ciascun Ds con gli h di altri eventi]. Sottratto il fondo combinatorio: Dm=m(KKh)-m(KK) IFAE – 2005 19 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) della ricerca DsJ* (2632:)metodo p*(Ds)>4.0GeV/c Ds: 196K h: 3900 IFAE – 2005 20 Vi e’ del fondo sotto entrambi i segnali; per studiarne l’eventuale correlazione in produzione, bisogna valutare l’eventuale eccesso nella regione d’intersezione [5]: p*(Dsh)>2.5GeV/c m(h ) 5s 1 2 3 4 5 6 m(h ) 2,5s 7 8 9 m(h ) 5s m( Ds ) 2,5s m( Ds ) 5s m( Ds ) 5s A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) del fondo DsJ* (2632: )sottrazione 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Eccesso (segnale 1 1 di correlazione): S N 5 B5 N 5 ( N 2 N 4 N 6 N 8 ) ( N1 N 3 N 7 N 9 ) 2 4 Regione in cui Ds ed h … appartengono allo stesso “jet” Nessuna evidenza di segnale ! IFAE – 2005 21 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) 2 risultati negativi DsJ* (2632:)altri DsJ* (2632) D* K s ? DsJ* (2632) D 0 K ? Ds1 (2536) p*(DsJ)>4.0GeV/c Ds 2 (2573) wrong-sign: D0K- SELEX Il fatto che BaBar osservi cosi’ chiaramente il Ds2(2573) e non il D*sJ(2632), e’ argomentabile (ad hoc) ipotizzando che questo stato abbia elevato valore di spin (J>3), la cui produzione in e+e- tenderebbe ad essere soppressa. IFAE – 2005 22 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) CONCLUSIONI IFAE – 2005 * A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) Sommario & prospettive Limiti superiori per le B.F. dei decadimenti D fattore 2-10, con sensibilita’ sperimentale ~ 10-6. 0 migliorati di un Misure di asimmetria di CP relativa al decadimento CS D K K compatibili con zero, con sensibilita’ sperimentale prossima al %. Varie misure (queste due & quelle di charm-mixing) hanno raggiunto le sensibilita’ sperimentali necessarie per la ricerca di segnali di nuova fisica e devono esplorare le regioni di valori “accessibili” nell’ambito di estensioni del MS. Cio’ richiede tanta statistica e tanto contemporaneo lavoro sulle sistematiche. * Nuove misure delle masse dei mesoni charmati DsJ ( 2317) , DsJ ( 2460) . Studio completo dei possibili decadimenti con nuove misure di rapporti di B.F. e limiti superiori. Deduzioni sulla loro spin-parita’ (0+,1+) e sulla loro natura piu’ in generale. * Ricerca negativa del DsJ ( 2632) ; prossima la pubblicazione del limite superiore di produzione in e e cc . Le ricerche spettroscopiche stanno vivendo una nuova fase particolarmente interessante [stati “open-charm” (cs-like), stati “charmonium-like” (cfr. talk di Robutti), …]. IFAE – 2005 23 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) BACKUP SLIDES IFAE – 2005 * A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) Fondo atteso in D0 L’insieme dei criteri di selezioni ottimale e’ ottimizzato massimizzando il valore / N sens dove Nsens e’ l’Upper Limit medio (al 90% di C.L.) sul numero di eventi osservati di Segnale che verrebbe ottenuto da un set di esperimenti con il fondo al livello atteso e nessun segnale. Per stimare il numero di eventi di peaking bkg si applicano gli stessi criteri di selezione ad eventi simulati D0-> con le probabilita’ di misidentificazione da control sample. Studi di MC indicano che il fondo combinatorio sia nella finestra dell’eventuale segnale sia nella banda laterale “alta” e’ dominato da combinazioni casuali di 2 leptoni. Pertanto il fondo combinatorio atteso e’ ottenuto scalando opportunamente quello nella banda laterale “alta”. Esso e’ consistente col livello nei dati reali. Il fondo combinatorio nella banda laterale “bassa” riceve contributi da combinazioni di 2 adroni (misidentificati) o da 1 adrone misidentificato con un leptone reale. Tale contributo e’ stimato dal MC. Il livello stimato da MC e’ in accordo con quello nei dati reali della banda laterale “bassa”. IFAE – 2005 B1 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) Misura di ACP : numeri Yields: Efficienze (dal MC): Incertezze sistematiche: IFAE – 2005 B2 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) Modelli degli UML fit Ds 0 Segnale del DsJ*(2317): line-shape dal MC; valore medio libero. Eventuale segnale di DsJ(2460): line-shape dal MC. Fondo combinatorio: shape libera Riflessione dal DsJ(2460): reflection-shape & valore medio dal MC Riflessione dal Ds*(2112): reflection-shape libera Ds 0g Segnale del DsJ(2460): line-shape dal MC; valore medio libero. Fondo combinatorio: shape libera Riflessione dal DsJ*(2317): reflection-shape e valor medio dal MC Riflessione dal Ds*(2112): reflection-shape libera Dsg Segnale del DsJ(2460): line-shape dal MC; valore medio libero. Eventuale segnale di DsJ*(2317): line-shape dal MC. Riflessione dal DsJ*(2317): reflection-shape dal MC Riflessione dal DsJ(2460): reflection-shape libera IFAE – 2005 B3 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) Riassunto rapporti di B.F. (preliminari) Per i canali con segnale significativo : [: compatibili] [: compatibili] Per i canali senza segnale si misurano i limiti superiori @ 95% di C.L. : IFAE – 2005 B4 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) Qualche dettaglio sull’analisi di SELEX Ricostruisce (purezza: 80%) 544 candidati Ds in eventi prodotti dalle interazioni indotte da S-; Ricostruisce, negli eventi con 526 di questi candidati, 615 candidati h (Eh>15GeV) [#(h ) < 5/ev.] nella regione di segnale Combina Ds ed h, ottenendo l’istogramma: h inclusive m(gg) [0.1% del campione] Fondo combinatorio event-mixed [set di combinazioni di ciascun Ds con gli h in 25 campioni di altri eventi, (in numero pari a quelli coi Ds), scalato del fattore 1/25)]. Sottratto il fondo combinatorio: ( S B) B 6.2s Il 55% dei Ds di SELEX vengono da questo stato; il 25% dal Ds*; DsJ*(2317) e DsJ(2460) non visibili ! IFAE – 2005 B5 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.)