Misure dell’angolo  della
matrice CKM in BaBar e BELLE
Lorenzo Vitale
Università e INFN Trieste
IFAE, TORINO 15 aprile 2004
Lorenzo Vitale
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Outline
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Breve introduzione
Rassegna risultati nelle tre categorie di dec.
Novità rilevanti conf. invernali (da BaBar):
1. Segno di  da J/yK* (K* KSp0)
2. Test MS coi canali dominati dai pinguini
–
–
–
–
–
B0  fK0 (fKL nuova)
B0 →K+K-KS
B0→p0KS
B0→K*g
B0→f0(980)KS
Conclusioni
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Introduzione
B factory asimmetriche ottimizzate per misure dipendenti dal tempo
delle asimmetrie che violano CP nei decadimenti B0 in autostati di CP
 bb
 bb
 1 nb ;
 0.28
 had
e e   ( 4s )  B B


0
STADIO 1: Inclusive tag (lepton, K, …):
tag(1-2w)2  29%
STADIO 2
Ric. autostato CP
0
z(CP)
z(tag)
g  0
< z >  260 m
z (RMS)  190 m
rec  1540%
STADIO 3
t da z
z (CP)  z (tag )
t 
cg
Luminosità integrate: ~190 fb-1 BaBar e 220 fb-1 BELLE
Risultati presentati: 110 (81) fb-1 BaBar e 140 fb-1 BELLE
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Parametrizzazione Asimmetrie CP(t)
CPV nell’interferenza mixing-decadimento CPV diretta
f±(t)  exp(–|t|/tB) ( 1 ± D (S sin(mt) - C cos(mt)) )  R
S
B0
fCP
2
1 
2
Rapporto ampiezze
B0fcp/B0fcp
B0
Autostato CP
B mixing
C
1 
2
1 
2
D diluizione mis-tag
R risoluzione temporale
Misurati dai dati
q Vtb*Vtd
2 if M


e
p VtbVtd*
N ( B 0 (t )  f )  N ( B 0 (t )  f )
ACP (t ) 
N ( B 0 (t )  f )  N ( B 0 (t )  f )
 C f cos(
mt )  S f sin(Lorenzo
mtVitale
)
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Nel caso più semplice
con 1 sola ampiezza :
• Cf = 0
• Sf = Im λ =-hf sin 2β
4
Modi di decadimento per misurare sin2
b  ccs
Golden Modes
J/y KS, J/y KL, J/y K*, charmonio : MISURE PRECISIONE
b  ccd
Cabibbo-soppressi con possibile contaminazione
diagrammi a pinguino
D(*)D(*), J/yp0
CONSISTENZA NEL MS
b  sss, sdd
Dominati dai diagrammi a pinguino
fK0, K+K-KS , f0K0, h’K0 , p0 K0, K*g
PIÙ SENSIBILI A NUOVA FISICA
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Decadimenti Vettore-Vettore
J/y K*0 e D*+D*-
non sono puri autostati CP
Decadimenti Vettore-Vettore con tre onde parziali S, P, D
Ampiezze di trasversità: A0, A|| (CP = +1 pari), A (CP = -1 dispari)
Studi CP(t) sono più complicati …
Metodo più semplice:
Definire la frazione CP-dispari R = |A|2 /(|A0|2 + |A|| |2 + |A|2)
L’asimmetria CP diluita dal fattore K = (1 - 2R)
Altrimenti usare l’informazione degli angoli:
2D: Solo un angolo (trasversità)
4D: Tutti gli angoli (angolare completa)
…IFAE,
maTORINO
anche
ricchi di ulteriori
aspetti
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Misure CP(t) in b→ccs
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“Golden Modes”
B0
b
W
d
Diagramma albero:
(contributo dominante)
c
c
s
d
c
g
J/y
b
0
B
K0
t,c,u
d
c
s
W
J/y
K0
d
Diagramma(i) pinguino:
(possibile piccolo contributo)
• “Golden Modes”
– Puliti teoricamente
– Anche sperimentalmente piuttosto puliti
• Albero e pinguino dominante hanno la stessa fase debole
• In questo caso, Im() misura direttamente sin2
• Non solo J/y KS:
– Anche y’KS, cc1 KS, hc KS
– J/y KL
– J/y K*0
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(CP = -1)
(CP = +1)
(Mixed CP)
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sin2 : risultati
Negli ultimi anni sin2 misurato con accuratezza crescente nel charmonio
BaBar PRL 89, 201802 (2002) 81fb-1
0.741 ± 0.067(stat) ± 0.034(syst)
MEDIA charmonio HFAG:
sin2 = 0.736 ± 0.049
BELLE CONF-0353 (LP’03) 140 fb-1
0.733 ± 0.057(stat) ± 0.028(syst)
limitato ancora da statistica 0.043
non aggiornato da LP2003
Nel piano rh una delle 4
soluzioni per  è in buon
accordo con le altre
misure del
triangolo di unitarietà
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Novità dal charmonio B0  J/yK* (K* KSp0)
Si può ridurre ambiguità su  misurando il segno di cos2.
BaBar: nuovo metodo e prima misura con eventi J/yK*
• Il contenuto CP del decadimento •
Scalare→Vettore Vettore
B0→J/yK*0(892) é sia pari-dispari
• Cos2 compare dall’interferenza
CP-pari CP-dispari nelle osservabili:
Le fasi forti possono essere
misurate con tutti i decadimenti
neutri e carichi B→J/yK*, a
meno di una doppia ambiguità:
cosd ||  d   cos 2
•
cosd   d 0   cos 2
d0,d||,d: fasi forti nelle ampiezze
di decadimento:
Ai  Ai eidi ; i  0, ||, 
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d
 d
||
 d 0 , d   d 0 

||
 d 0 , p  d   d 0  
• Ambiguità che si può rompere
studiando l’intensità relativa
onda dominante p e onda s del
K* in funzione di m(KSp0)
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BaBar: misura del segno di cos2
cos2 misurato mediante analisi angolare CP(t) del campione
B0→J/y(KSp0)*0 (solo 104 eventi taggati in 82 fb-1 )
0.76
– Il fit con sin2 libero: cos 2  3.320.96 (stat )  0.27(syst )
sin 2  0.10  0.57
– Fit con sin2 = 0.731: cos 2  2.72 00..50
79  0.27
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• Assumendo che sin2 e
cos2 vengano dallo stesso
angolo 2, simulando 2000
toy MC:
Si escluderebbe cos2 
1sin221/20.68
@ 89% CL
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Misure CP(t) in bccd
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Modi Cabibbo-soppressi
B0 D(*)D(*) e B0 J/yp0 :
Cabibbo soppressi livello albero
W
0
B
b
d
d
c
c
d
W
D(*)
0
(*)
D
Albero misura sin2
dalla transizione bccd
(consistenza con J/ψKS,L )
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b
B
u,c,t
g
d
d
c
D(*)
c
d
D(*)
Pinguini sono previsti O(<10%) nel MS
ma potrebbero essere aumentati
da nuova fisica
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Analisi angolare CP(t) in D*+D*f±(θtr,t)  exp(–|t|/tB)
{G(i,K;θtr)
±[S(i,K;θtr) sin(mt) – C(i,K;θtr)cos(mt)] }
K = 1 – 2R┴ angular dilution
R  = 0.063  0.055  0.009
Quasi completamente CP-pari
BaBar PRL (hep-ex/0306052)
120 eventi taggati con 81fb-1
Im = 0.05  0.29  0.10
 = 0.75  0.19  0.02
Consistenza rispetto al charmonio a livello di 2.5σ
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t
(ps)
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B0 J/yp0
PRL91, 061802 (2003)
SJ/y p0 = 0.05 ± 0.49(stat) ± 0.16(syst)
40 eventi
in 82 fb-1
BELLE
preliminare
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CJ/y p0 = 0.38 ± 0.41(stat) ± 0.09(syst)
103 eventi
in 140 fb-1
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Riassunto risultati
Complessivamente in questi modi c’è quindi
una discreta consistenza col charmonio
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S
2
1 
2
C
1 
2
1 
2
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Misure CP(t) in bsss (sdd)
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Modi dominati dai pinguini
• I modi dominati dai pinguini,
ad es. B0→fK0,
• In visione “naive”:
– C=0
– S=-hf.sin2
sono sensibili a nuova fisica
• GRANDE INTERESSE
attraverso il loop.
HANNO DESTATO
• Anche qui si misura un valore
RECENTEMENTE LE
sin2eff che può differire da
MISURE PUBBLICATE
sin2 nel MS al più di 0.2DA BELLE
0.4, a seconda del modo
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Risultati BELLE,
PRL 91, 261602 (2003)
CP dispari
CP pari
CP dispari
3 
Modo
B0 f KS
S
-0.96 ± 0.50
C
+0.09
-0.11
0.15 ± 0.29 ± 0.07
B0 K+K-KS -0.51 ± 0.26 ± 0.05+0.18 0.17 ± 0.16 ± 0.04
+0.43 ± 0.27 ± 0.05
0.01 ± 0.16 ± 0.04
B0 h’K0
Interpretato
da
BELLE come
evidenza di nuova fisica
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BaBar B0→fKS; B0→fKL (nuovo)
• Nel MS, misura:
~ +sin2, per B0→fKS
~ -sin2, per B0→fKL
B0ABAR
B 0 tag
B →fKS
B 0 tag
asymmetry
BABAR
B0→fKL
L=108fb-1
B0→fKS
70±9 eventi
B0ABAR
B 0 tag
B →fKL
B 0 tag
52±16 eventi
SfK 0  0.47  0.34(stat )
0.08
 0.06
asymmetry
(syst )
CfK 0  0.10  0.33(stat )  0.10(syst )
BaBar
consistente
e 2.4
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Lorenzo
Vitale  da BELLE
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BaBar B0→K+K-KS; B+→K+KSKS
• Decadimento a 3 corpi B0→K+K-KS
(esludendo eventi B0→fK0);
L=111fb-1
BABAR
B0→K+K-KS
201±16 eventi
• Si misurano anche i BR per
determinare la frazione CP-dispari,
attraverso le relazioni di simmetria
di isospin [Belle PRD69, 012001 (2004)]:
f even
B+→K+KSKS
122±14 eventi
2( B   K  K S0 K S0 )

( B 0  K  K  K 0 )
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CP(t) con B→KKKS
• Determinazione ƒeven :
– Br(B0→K+K-K0)=
(23.8±2.0±1.6)×10-6
– Br(B+→K+KSKS)=
(10.7±1.2±1.0)×10-6
– ƒeven=0.98±0.15±0.04
– Confermato anche dalla
distribuzione angolare;
BABAR
• Quindi S~–sin2;
B 0 tag
B 0 tag
asymmetry
S K  K  K 0  0.56  0.25(stat )  0.04(syst ) 00.17 ( f even )
S
CK  K  K 0  0.10  0.19(stat )  0.09(syst )
S
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BaBar B0→p0KS
• Misura S~sin2 nel MS;
• La direzione del KS usata per
determinare il vertice del B0:
BABAR
L=113 fb-1
122±16 events
– Vincolo in x-y del beam-spot;
BABAR
B 0 tag
B 0 tag
S K 0p 0  0.4800..38
47 (stat )  0.11(syst )
asymmetry
S
27
C K 0p 0  0.40 00..28
(stat )  0.10(syst )
S
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BaBar B0→K*g K* KSp0)
•Quasi self-tagging grazie all’elicità del fotone
•Misura S~0 (2ms/mbsin2) nel MS
•Però nuova fisica potrebbe aumentare il rate di
decadimenti ad una data elicità e quindi S0
•Tecnica ricostruzione vertice simile a B0→p0KS
validata in entrambe le analisi con
–B0→J/yKS e B+→p+KS, ignorando J/y o p+
–Vita media B0
L=113 fb-1
105±14 eventi
S = 0.25 ± 0.63(stat) ± 0.14(syst)
C = -0.56 ± 0.32(stat) ± 0.09(syst)
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B0→f0(980)KS
→p  p 
• Studi recenti [hep-ph/0011191 (2000)] sulla struttura del
mesone scalare ƒ0(980) favoriscono stato qq.
• Decadimento potrebbe essere pinguino b→sss dato che:
– ss consistente; b→uus albero doppiamente Cabbibo soppresso
rispetto al leading penguin.
• In questo caso il decadimento misura: S f 0 K S0   sin 2
Analisi Quasi 2-body :
Si taglia sul Dalitz
plot per ridurre
contributi da
r0 e f0(1370)
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BABAR
L=111fb-1
94±14(stat)±6(syst) evts
Total
Continuum
All bgk.
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CP fit of B0→f0(980)KS
• Consistency check: fit
dello spettro di massa
p+p- con Breit-Wigner
relativistica
Total
BABAR
Continuum
BABAR
B 0 tag
L=111fb-1
All bgk.
Total
Continuum
All bgk.
• Risultati del fit CP :
S f K 0  1.6200..56
51 (stat )  0.10(syst )
0
B 0 tag
asymmetry
S
C f K 0  0.27  0.36(stat )  0.12(syst )
0
S
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Riassumendo
BaBar
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vs.
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BELLE
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CONCLUSIONI
•
•
•
•
•
–
–
sin2 misurato con precisione nel charmonio
Segno di  da J/yK* (K* KSp0)
Molte misure nuove
Risultati consistenti per sin2 nei canali
Cabibbo soppressi e dominati dai pinguini
Con la possibile eccezione di
Misura di BELLE in B0  fKS
Media delle misure non charmonio
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