fisica dei quark pesanti a LHC
presentata da G. Carboni
G. Carboni - Workshop 7-8/6/2011 - Tor Vergata
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730 members
54 institutes
(10 from Italy)
15 countries
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Gruppo LHCb di Tor Vergata
Giovanni Carboni
Roberto Messi
Emanuele Santovetti
Alessia Satta
Stefano de Capua
Giovanni Sabatino
 Assegnisti 2010-12
Attività principali
Partecipazione alla gestione del rivelatore di muoni
Partecipazione alla presa dati e all’analisi
PRIN 2008 su sistema di acquisizione per futuri esperimenti
(Super-LHCb, Super-B ecc.)
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Complementarity
In the search for New Physics Beyond the Standard Model
the LHCb approach is complementary to the direct one of ATLAS and CMS
If NP exists at the TeV scale its effects could be observed in decays
and CP asymmetries at much lower energies
This requires several high-precision tests of the SM and of the CKM
framework we use to describe CP violation
• chart the known territory more accurately
• explore new regions
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Strengths of indirect approach
 Can access higher scales and therefore see effect earlier:
— Third quark family inferred by Kobayashi and Maskawa (1973) to explain
small CP violation measured in kaon mixing (1964), but only directly
observed in 1977 (b) and1995 (t)
— Neutral currents (+N +N) discovered in 1973, but real Z discovered in
1983
 Can access the phases of the new couplings:
— NP at TeV scale must have a “flavor structure” to provide the suppression
mechanism for already observed FCNC processes  once NP is
discovered, it is important to measure this structure (including new
phases)
ms  msSM  |Vts2|,
s  sSM = –arg(Vts2) = 2s
Standard
Model
New Physics
?
W
t

b
s 


s
?
B0s 
s 

 s
s


Bs  
diagram
 decay: “Penguin”


G. Carboni - Workshop
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
b


0
Bs 

 s

?t
?W
?t
W
?
s 
 0
 Bs

b 
–
 “Box”
Bs
–Bs oscillations:
 diagram
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La violazione della simmetria CP significa che in “qualcosa”
la materia differisce dall’antimateria
Grazie a tale violazione alla fine del Big Bang
potrebbe essere rimasta un po’ di materia in eccesso.
Ma la violazione di CP presente nel Modello Standard è insufficiente.
Quindi è ragionevole aspettarsi che la “Nuova Fisica” si manifesti proprio
nella violazione di CP
antimateria
materia
1.000.000.003
1.000.000.000
materia
I mesoni B sono il “laboratorio” ideale per studiare la violazione di CP
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Come si osserva la violazione di CP in LHCb?
Il principio è semplice: si confronta il comportamento
di un mesone B0 e dell’anti-B0. Per esempio
B  

B  

0
0


 Se su un grande numero di decadimenti il numero di coppie
+ - prodotte differisce nei due casi vuol dire che CP è violata
Ovviamente devo sapere se in partenza ho un
oppure un
B
0
B
0
(vedi dopo)
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B0
distanza percorsa dai B
 1 cm
B-
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Torniamo alla domanda: come faccio a sapere se ho
un
B
0 oppure un
B 0 ???
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I B vengono sempre
prodotti in coppie B-anti B
B0
Il segno
del m ci dice se
il partner è un
B o un anti-B
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B-
m-
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LHCb: schema
Muoni
HCAL ECAL
e realtà
RICH2
Tracciatore
TT
Magnete
RICH1
VELO
10 m
20 m
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Tor Vergata
11
11
View from below
RICH 2
Inox beam pipe
Muon
closed
Lead and SPD
Preshower
HCAL
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ECAL
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LHCb in sintesi
•
•
•
•
•
•
rivelatore di vertice per separare i B-anti B dal vertice primario
sistema di tracciatura con magnete
rivelatore per identificare i muoni
Cherenkov (RICH) per separare  da K
calorimetro per rivelare i neutri (0 e g)
trigger per registrare solo gli eventi interessanti
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The LHCb Trigger
40 MHz
Level-0
L0
e, g
L0
had
‘High-pt’ signals in
calorimeter & muon
systems
L0
m
1 MHz
HLT1
ECAL
Alley
30 kHz
Had.
Alley
Muon
Alley
Associate L0 signals with
tracks, especially those
in VELO displaced from PV
Global reconstruction
HLT2
Inclusive selections:
topological, m,
m+track, mm,D→X, Φ
Full detector information available.
Look for inclusive signatures,
augmented by exclusive
selections in certain key channels.
Exclusive selections
2 kHz
storage
Triggering is a challenge!
 ~1/100 events contain b
 interesting b branching fractions ~10-3 or
less
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La statistica è cruciale
La sezione d’urto per produrre una coppia di b-anti b è circa
300 microbarn all’energia di 7 TeV, ossia 300 volte maggiore di quella
che si ha in una macchina e+e- (B-factory) a 10 GeV
La Luminosità integrata indica quanti eventi si producono per una data sezione
d’urto:
1 fb-1 corrisponde a 109 eventi con s = 1 mb o 1000 eventi
con s = 1 pb o....
Attualmente LHCb ha accumulato 0,15 fb-1 che significa 4,5 1012 coppie bb
Alla fine della prima fase di LHC (2017) si attendono 5 fb-1 (2 a 7 TeV, 3 a 14
TeV con una sezione d’urto doppia)
Si sta lavorando a un piano di upgrade del rivelatore per poter aumentare
questo valore di 10 volte nei successivi 5 anni dopo il 2017
NB: 1 mb = 10-30 cm-2
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Democrazia
u 
 
d 
c
 
s
t 
 
b
Una macchina adronica come LHC è democratica: diversamente da
una B-factory e+e- permette di produrre in abbondanza tutte
le possibili combinazioni di quark
Bd0 (bd ), Bs0 (bs), Bc (bc), 0b (udb), b (uub), Ds (cs), 
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Misure di massa
Misure di vita media
Misure di produzione
Misure di violazione di CP integrata
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Decadimenti del Bs
BDh(hh)
Decadimenti rari
Misure di violazione di CP dipendente dal
tempo
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Misure di massa
da BJ/yX
• Misure di massa
importanti per studiare
la bontà di
allineamento,
risoluzione in impulso,
ecc.
• Risoluzioni in massa
per questi decadimenti
~7-10 MeV
B+  J/yK+
B0  J/yK*0
B0  J/yKS
b  J/y
Bs  J/y
Bc  J/y
– prossime alle attese dal
MC
• Principale sistematica
in gioco  calibrazione
della scala dell’impulso
LHCb-CONF-2011-027
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B+
Quadro
• Misure in
accordo e molto
competitive
rispetto alle
medie mondiali
PDG
LHCb 2010
B0
b
Bs
Bc
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Misura di md
B B
0
LHCb-CONF-2011-010
0
• Realizzata usando circa 6k
eventi B0D(K)+
• Misura utile sia come
verifica sia per calibrare il
tagging opposite side per la
misura di ms
 Oscillazione nel tempo proprio
Distribuzione dei tempi
di decadimento
Asimmetria di mixing
(solo segnale)
LHCb 2010
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WA: md=0.507 ± 0.005 ps-1
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Misura di ms
Bs  Bs
• Realizzata usando circa 1350
eventi BsDs e BsDs
• Risoluzione in tempo proprio
evento-per-evento calibrata
usando candidati fake
costruiti associando un Ds
prompt con  random dal
vertice primario
BsDs()
BsDs(K*K)
BsDs(KK)
BsDs(KK)
Likelihood scan
– Risoluzione media: 36-44 fs
LHCb 2010
CDF: ms=17.77 ± 0.10 ± 0.07 ps-1
LHCb-CONF-2011-005
LHCb è anche un laboratorio per studi di QCD con alta statistica
pp 
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+X
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Super LHCb
L’upgrade di LHCb permetterà di migliorare ancora
la sensibilità su certi canali
Bs,d  m+m-
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LHCb a confronto con Super B
La sfida della Super-B: realizzare una macchina che possa fornire
50 ab-1 in 5 anni (dal 2017) ossia una macchina 50 volte più luminosa
dell’unica in funzione (KEK-B in Giappone)
La sfida di Super-LHCb: migliorare di 10 volte le capacità di selezione (Trigger)
dell’esperimento e la resistenza alla radiazione dei vari rivelatori
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Conclusioni
• L’esperimento funziona molto bene e promette di
realizzare il suo programma di fisica di base con 5 fb-1
nel 2017. Poi Super LHCb con 50 fb-1.
• Circa una trentina di analisi presentate a conferenze nel
2011 (sui dati del 2010)
– Grosso balzo in avanti da Febbraio in poi
• 6 articoli già pubblicati su queste analisi (vedi ad es.
Bd,sm+m) e altri in corso di lavorazione.
• Componente ToV ben piazzata nell’analisi:
6 presentazioni a conferenze nel periodo gen-giu 2011.
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