Processi FCNC nei decadimenti
del B a BaBar
Emanuele Di Marco
Roma,
12 Novembre 2004
Transizioni bs
●
Le asimmetrie di CP dipendenti dal tempo
–
BK0, BK+K-KS
–
Nuovi decadimenti bs: Bf0(980)KS, B'KS,
B0KS0, B0K*, B0KSKSKS
–
●
Asimmetrie dirette di CP in bs:
–
●
Confronto con sin2 di bc
BK+, BK*0(892)
Analisi angolare, osservazione di FSI:
–
BK*0(892)
p. 2
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
Il triangolo unitario
●
VCKM unitaria complessa ⇒ 3 angoli e 1 fase
●
Tutta la CP in SM determinata da CKM

Vud Vus Vub
V CKM = Vcd Vcs Vcb
Vtd Vts Vtb

2
≃

1−
2

−

1−
2
3
2
3

A  − i
A  1−− i  − A 
2
A
1
2
parametrizzazione di
Wolfenstein
3
fino all'ordine 
La relazione di unitarieta':
≈3
p. 3
≈3
≈3
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
UT oggi
●
http://www.utfit.org
Vincoli da fisica del B e del K, reticolo.
=0.172±0.047
=0.348±0.028
p. 4
La consistenza di misure CP cons. (lati)
e CP (angoli) sono un vincolo forte
sul Modello Standard
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
ACP(t): CP “time dependent”
Asimmetria di CP:
Cf CP  0 implica CPV diretta
p. 5
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
Misura di ACP(t)
BaBar – Belle:
B-factory asimmetriche
Tagging performance: Q=30.5%
stato coerente!
Ricostruzione esclusiva
del B e del vertice
p. 6
Parte l'orologio
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
CP: BJ/KS
●
●
MixingBd-Bd: fase M = 2
2
«
Pinguino/Albero ~ A
aCP(t) = C cos(mdt) + S sin(mdt)
=0
=sin(2)
–
Piccole incertezze adroniche
–
Constraint a UT
–
BaBar
(227106 coppie):
sin(2)=0.722±0.040±0.023
sin(2)=0.726±0.037
p. 7
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
CP: bs
●
MixingBd-Bd: fase M = 2
●
Assenza di FCNC nello SM:
–
assenza di transizione albero
–
decadimento attraverso il
⇒ una sola ampiezza
}
loop
aCP(t) = C cos(mdt) + S sin(mdt)
●
●
●
Il loop e' sensibile alle masse di
eventuali nuove particelle pesanti
nello SM:
C=0
S=sin(2)
BF e soprattutto ACP sensibili a Nuova Fisica
Ma le incertezze adroniche nello SM non sono
completamente sotto controllo...
p. 8
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
Nuova Fisica in bs ?
●
SUSY introduce accoppiamenti quark-squark
●
Msquark in generale:
–
non diagonale ⇒ inserzioni di massa ((23d)AB):
~
bA
–
●
(23d)AB
~
sB
complessa ⇒ nuove fasi (sorgenti di CP)
I contibuti di Nuova Fisica sono:
–
soppressi per le alte masse delle
particelle nel loop (∝1/M2)
–
favoriti rispetto allo SM per
l'accoppiamento (di ~S/W)
p. 9
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
Il contributo delle B-factory
Luminosita' integrata:
244 fb-1
p. 10
+
286 fb-1
= 0.530 ab-1 !
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
L'universo bs
W−
t
b
B0
g
d
W−
b
B-
g
u
W−
t
b
B0
g
d
W
B
0
t
b
−
t
g
d
b
B0
d
p. 11
t
g
s
s
s
d
,K+K- B0K0, B0K+K-K0
analisi TD
K0
s
s
s
u

s
s
s
d
s
d
d
d
B-K-: ACP diretta
K-
f0
K
K
B
+
0
0
+
0

s
0
d K
d
0
sd K
s
0
d K
b
0
d
B0
W−
b
d
W
−
u
u
s
d
u
u
s
d
f
0
K0
BK: golden mode
incertezza ~ 5%
B0K+K-K0: incertezza
sul contenuto di CP
Bf0K: incertezza
dovuta alla componente
albero: ~10%
0 BK00:
K0
incertezza ~20%
BKSKSKS: dominato da pinguino,
non color-sopppresso
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
I fondi principali
●
●
e+e- è un ambiente pulito, tuttavia:
–
(e+e-bb)≃1.05 nb
–
(e+e-uu +dd +ss +cc)≃3.40 nb
–
Si sfrutta la differente forma degli
eventi (sfericita', analisi multivariate...)
Fondi da decadimenti simili diBB:
–
selezione cinematica e angolare
–
fondi irriducibili:
●
stima da misure dirette
●
sottrazione
●
inclusione nell'errore sistematico
p. 12
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
BKS: il “golden mode”
●
●
●
=(ss) ⇒ puro Pinguino
K+K- e KS+- il canale con
purezza maggiore (ma anche altri modi ricostruiti)
Particle Identification (PID):
–
●
separazione K -  (riv. Čerenkov), p(K)≈1-2GeV/c
FondoBB: f0KS, K*0, K*+
–
f0KS (BSS, CP opposta):
diversa distribuzione angolare
–
K*, K*(KS):
p. 13
sel. su E() persa
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
BKS: risultati
●
ℒ(mES,E,ℱ,|cosH|,t,(t))
227106 coppie
per 3 componenti
Variabili cinematiche:
mES =  Ebeam −P
∗2
∗
∗2
∗
 E=EB −Ebeam
Discriminante di Fisher ℱ
t(ps)
N(KS)=114±12
sin(2[cc])=0.726±[email protected]
p. 14
C=-0.07±0.27
S=0.29±0.31
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
BKL
●
Stesso processo, ma CP opposta a KS
●
KL riconosciuto dalle interazioni adroniche:
●
●
–
nei cristalli del calorimetro em
–
nel Fe del rivelatore di 
p(KL) non misurato, constraint sulla massa del
B per chiudere la cinematica
Fondo da :
–
●
Rete Neurale basata sulla forma dello
sciame em vs. adr
Fondo da :
–
veto sulle tracce
p. 15
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
BKL: risultati
●
ℒ(E,ℱ,|cosH|,t,(t))
227106 coppie
per 3 componenti
CP opposta a j/KS - KS!
N(KL)=98±18
C=0.31±0.49
p. 16
S=-1.05±0.51
sin(2[cc])=0.726±[email protected]
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
Combinazione KS+ KL
●
●
BaBar:
–
su n(coppie BB)=227 · 106
–
S = +0.50±0.25(stat)+0.08(sist)
–
C = 0.00±0.23(stat)±0.09(sist)
-0.05
Belle:
–
su n(coppie BB)=274 · 106
–
S = +0.06±0.33(stat)±0.09(sist)
–
C = -0.08±0.22(stat)±0.09(sist)
S = 0.34±0.20
p. 17
C = -0.04±0.17
nello SM
S(KS)=sin(2)
sin(2[cc])=0.726±[email protected]
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
BK: SUSY (I)
Ciuchini et al., hep­ph/0212397
●
●
●
Gli elementi off-diagonal (23d)AB considerati
come interazione
Gli accoppiamenti degli squark possono essere
AB=LL,RL,LR,RR
Applicando i vincoli sperimentali da:
–
Br(B→XS)=(3.29±0.34)10-4
–
ACP(B→XS)=-0.02±0.04
–
BR(B→XSl+l-)=(6.1±1.4±1.3)10-6
–
MS>14.4ps-1
p. 18
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
BK: SUSY (II)
SK
SK
Ciuchini et al., hep­ph/0212397
(23 )LL
d
Inserzione di
massa (23d)AB
CK
(23 )RR
d
SK
SK
CK
(23 )LR
d
(23 )RL
d
~
(23d)LR=(23d)LR/m
p. 19
CK
CK
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
B K K K S
+
-
●
Pinguino(ss) + 4×albero
●
BR(K+K-KS)=(23.82.01.6)10-6
⇒ ~3 BF(KS)
●
●
tuttavia il contenuto di CP non è
definito a priori, la frazione CP-pari si
determina con:
–
analisi di isospin
–
analisi angolare
resto di
K+K-KS, contenuto
di CP sconosciuto
Validazione di KS
p. 20
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
BK K KS: contenuto di CP
+
-
⇒ CP=(-1)
L
–
Ampiezza espansa in termini dei polinomi di Legendre:
–
La dinamica è sconosciuta, momenti estratti dagli
eventi:
prob(j=segnale),
estratta con la sottrazione del fondo mediante sPlot [Le Diberder, hep-ph/0402083]
p. 21
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
BK K KS: momenti
+
-
Eventi totali
Interferenza S-P
Onda P
p. 22
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
BK K KS: momenti superiori
+
-
P3=P4 =P5=P6=0 ⇒ assenza di decadimenti in onda-D
p. 23
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
Estrazione fCP-pari
In funzione dei momenti
●
●
Regione della 
●
Nella regione con meno
onda-P: |mKK-m|>15MeV
fCP-even=0.890.080.06
Cross-check con un'analisi
di isospin:
[Belle coll., Phys. Rev. D 69 012001]
p. 24
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
BK K KS: asimmetria
+
●
-
227106 coppie
N = 452±28
(escludendo gli eventi KS)
Dal CP-fit
●
●
S=-0.42 0.17 0.04
contenuto di CP
C=0.410 0.14 0.06
La presenza di onda P e S introduce una diluizione
Fissando C=0 nel fit
sin(2[cc])=0.726±[email protected]
sin2eff=-S(2feven-1)=0.55 0.22 0.04 0.11
p. 25
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
B KS : il “silver mode”
0
●
●
0
Contributo ad albero doppio CKM soppresso
e color soppresso
b
d
Dominato dal Pinguino bsdd
B
misura sin2, ma con
incertezze adroniche:
●
B0
0
b
W−
t
g
d
u
u
s
d
s
d
d
d
0
K0
K0
0
Scommessa sperimentale: vertice senza primari carichi
●
●
Vertice con il KS+Il KS ha una lifetime
non trascurabile
Validazione su J/KS:
vertice Beam Spot Constrained:
il KS e' riportato al Beam Spot lungo l'asse z
p. 26
rimosse le informazioni su +-
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
B KS : CP
0
0
227106 coppie
●
Per la misura di t richiesti 4 SVT hits (~60%)
●
Gli altri eventi usati per CPV diretta
sin(2[cc])=0.726±[email protected]
Eventi: N(KS0)=300±23
C=0.06±0.18±0.06
S=0.35+0.30
-0.33±0.04
p. 27
BF(K00)=(11.4±0.9±0.6)10-6
Sistematica principale
sull'allineamento dei layer SVT
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
Quanto bene conosciamo lo SM?
Confronto tra:
La predizione del
valore dei parametri
CP (S e C) nello SM
➢ La misura
sperimentale diretta
errore
➢
L'errore statistico
non permette di
trarre conclusioni
sull'incompatibilita'
con lo SM
● Il “golden mode” e
il “silver mode”
hanno sensibilita'
comparabile
●
http://www.utfit.org
p. 28
valore centrale
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
Il “bronze mode”: Bf0(980)KS
●
Contenuto di quark del mesone f0(980):
f0=cos(s)ss+sin(s)nn, nn=(uu+dd)/√2
f0 (f0)
s=-48˚±6˚
[Anisovich et al. hep­ph/0011191]
●
L'albero:
–
doppio Cabibbo soppresso (|Vub|2)
–
color soppresso
misura sin2, ma con
incertezze adroniche
~ 10%
+
Stima
del
BF
in
fattorizzazione
QCD
da
f
K
●
0
●
Senza componentenn
●
In f0K+ c'e' anche l'annichilazione
p. 29
BF(f0K0)≈610-6
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
Bf0(980)KS: BF&CP
●
209106 coppie
Approccio Q2B per f0+-:
0.86<m(+-)|<1.10 GeV/c2
●
●
Stima della diluizione di CP dovuta
all'interferenza con altri modi del
Dalitz plot: B0+-KS
Eventi: N(f0KS)=152±19
BF(f0KS)=(6.0±0.6±0.9)10-6
C=-0.24±0.31±0.15
S=-0.95+0.32
- 0.23±0.10
sin(2[cc])=0.726±[email protected]
NB: Incompatibilita' a piu' di 2
con il risultato di Belle:
C=+0.39±0.27±0.08
S=+0.47±0.41±0.08
p. 30
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
Il “wooden mode”: B'KS
●
Incertezza sulla composizione di ' (1,8)
●
albero soppresso
●
Molti stati finali:
227106 coppie
misura sin2, ma con
incertezze adroniche di ~10%
N('KS)=819±38
'+-, 
, +-0
KS+-, 00
' subsample
Grande statistica: BF('KS)=(60.6±5.6±4.6)×10-6
●
●
Il minore errore statistico nei pinguini
sin(2[cc])=0.726±[email protected]
p. 31
C=-0.21±0.10±0.03
S=+0.27±0.14±0.03
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
BKSKSKS
●
●
227106 coppie
Tecnica del Vertice Beam Spot Constrained
}
–
N(KSKSKS)=71±9(stat)
–
BF(B0KSKSKS)=(6.5±0.8±0.8)10-6
superiore di 2 rispetto
BF(B+K+K-K+):
stati intermedi risonanti?
Belle (275×10-6 coppie):
–
S=-1.26±0.68±0.18
–
C=0.54±0.34±0.08
p. 32
sin(2[cc])=0.726±[email protected]
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
Pinguini Radiativi: BK (K KS )
*
●
Transizione elementare bs
●
Stato finale KS0 accessibile sia
*
0
a B0 che aB0
●
Nel limite di quark s a massa nulla, i fotoni sono
completamente polarizzati con elicita' opposte per B0
eB0
mixing
B0
B0
●
K *γ R
CP nell'interferenza tra mixing e decadimento
soppressa di un fattore ~ms/mb
K *γ L
Nello SM: SK*≈(2ms/mb)sin2≈0.05
p. 33
e |CK*|<1%
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
BK (K KS ): risultati
*
●
●
*
0
124106 coppie
Selezione del fotoni:
–
cluster energetici isolati nel calorimetro
–
forma dello sciame
–
veto su 0 e 
Tecnica del vertice
Beam Spot Constrained
S=0.25 ±0.63±0.14
C=-0.57±0.32±0.09
●
In SM CK*=-AK*(K*K+-) ≈ 0 ⇒ fissato C=0:
S=0.25±0.65±0.14
p. 34
–
Prima misura “time dependent”
di bs
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
sin2eff: BaBar vs. Belle
●
●
●
SK consistenti tra loro e con SM
Sf K inconsistenti a piu' di 2
0
Scharmonio = 0.726±0.037
(KS0)BaBar << (KS0)Belle
p. 35
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
Media delle B-factory
●
Spinguini= 0.41±0.07
●
Cpinguini = 0.02±0.05
●
Scharmonio = 0.725±0.037
●
Ccharmonio = 0.031±0.029
p. 36
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
Ma non solo
“Time Dependent”...
vs.
nella ricerca di fisica oltre SM
B K : CP diretta
+
●
+
+
Nei decadimenti del B si misura ACP diretta:
 f −BrB f 
Br B
ACP =
≠0


Br B f BrB f 
●
⇒CPV diretta
In pratica si misura
l'asimmetria integrata di carica:
ACP = 1-2f+, f+=N+/(N++N-)
●
Nello SM: ACP(K+)=0
N(K+)=400±23
ACP=0.054±0.056±0.012
p. 38
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
B K
0
●
*0
Decadimento BVV:
–
il contenuto di CP dipende dallo stato angolare
(K*)=f(Hi=cosi,,A0,A∥,A⊥)
L'ampiezza trasversa e' una combinazione CP+ e CP-:
● A : longitudinale (CP=+1)
0
●
A∥: trasversa (CP=+1)
●
A⊥: trasversa (CP=-1)
p. 39
CP diretta
Triplo-prod.
(viol. di T)
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
B K : sample
0
*0
N(K*0(892))=201±20±6
BF(K*0)=(9.2±0.9±0.5)10-6
p. 40
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
Osservazione di B K (1430)
0
●
Osservazione di 181±17 eventi (19)
●
100% longitudinale (H2)
K*0(1430)
●
*0
composto da:
●
K0*0(1430)
(scalare)
●
K2*0(1430)
(tensore)
(H1)
accettanza del rivelatore
p. 41
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
B K : polarizzazione
0
●
*0
Si misurano:
227106 coppie
e da queste si costruiscono le asimmetrie
●
In fattorizzazione naïve:
–
nei canali dominati da
albero (+-, +0): fL1
–
Fit:
fL=0.520.050.02
f= 0.220.050.02
p. 42
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
Il “polarization puzzle”
●
●
fL(pinguino) 0.5 vs. fL(albero) 1 ⇒ NP?
Ma interazioni a lunga distanza (FSI)
introducono nuove fasi forti
●
∥=2.34+0.23
0.05
-0.20
●
=2.470.250.05
{;}=SM senza contributi
non fattorizzabili
Evidenza a 3.0 di FSI
Belle [152×106 coppie]:
●
∥=-2.58±0.40
●
=0.480.33
}
}
Gerarchia
|A0|≫|A+|≫|A-|
fL~1 senza FSI
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 ≃  ∥
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
B K : CP e T
0
*0
CP dirette:
● A
=-0.010.090.02
CP
●
●
ACP0=-0.060.100.01
●
ACP=-0.100.240.05
sinfortesindebole
Nessuna evidenza di CP diretta (forte piccola?)
Triplo prodotto (violazione di T):
+0.21
∥=0.15-0.24
±0.05 (rad)
=0.25
+0.23
-0.22
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±0.05 (rad)
 {0,0} ⇒ NP
cosfortesindebole
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B K : BaBar vs. Belle
0
*0
227M coppieBB
152M coppieBB
●
●
●
Nello SM: A, =0
BaBar e Belle
consistenti
Nessun segnale di
NP eccetto il
“fL puzzle”, ma ci
sono le FSI
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* ricalcolati dai valori fittati
E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
Conclusioni
●
●
●
●
Molti decadimenti a pinguino studiati oltre
BK
I risultati delle B-factory BaBar e Belle
sono in accordo tra loro
Gli esperimenti mostrano una discrepanza nei
canali bsqq di ~2.7 [BaBar] e ~2.4 [Belle]
dal charmonio bccs
Con l'aumento della luminosita' ci si aspetta
(sin2eff(K))<0.1 ⇒ test fondamentale della
descrizione CKM della fisica del flavour.
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E. Di Marco Roma, 12 Nov. 2004
Il futuro dei
L'aumento della statistica delle B-factory nei
prossimi anni potrebbe condurre ad un'iniziale
evidenza di nuova fisica oltre lo SM:
Luminosita'
aspettata:
2004=240 fb-1
2009=1.5 ab-1
L'errore proiettato e' solo statistico,
ma in tutti i canali l'errore sistematico e' ~1%
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