Nowo ści w fizyce zapachu

Nowości w fizyce zapachuJolanta Brodzicka (IFJ PAN, Kraków)XLI Zjazd Fizyków Polskich, Lublin 2011

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011

2

Plan

Zapach w Modelu Standardowym Struktura zapachu Rola Fizyka Zapachu Pomiary vs. Model Standardowy Odchylenia od Modelu Standardowego? Wybrane wyniki dla mezonów B i Bs

Podsumowanie


3

Zapach w Modelu Standardowym

Fundamentalny Lagranżjan w Modelu Standardowym → opis cząstek i ich oddziaływań

Y sprzężenia Yukawy, φ=(φ+, φ0) pole Higgsa, ψ pole Diraca (fermiony) Nadanie polom Diraca masy poprzez pole Higgsa oddziaływania

Yukawy: połączenie zapachu i spontanicznego łamania symetrii elektrosłabej

Odziaływania Yukawy: źródło mas i mieszania pomiędzy fermionami Diagonalizacja sprzężeń Yukawy (macierzy masy Mij=Yij<φ0>)

macierze mieszania kwarków (CKM) i neutrin (MNS)

h.c.ψψYL

LLLLL

jfR

lq,f

ifL

ijYukawa

YukawaHiggsfermionEWQCD gauge

jj

fjMNS'fj

jfjCKM

'f

f'

f'

ffRf

f

'

f

'Lf

νVνqVq

ν ,l ,q ,q ψ l

ν,

q

qψ

31

31

31

32

31

32

1,2,3f


4

Macierz mieszania Cabibbo-Kabayashi-Maskawy (CKM) stany własne oddziaływań słabych są liniowymi kombinacjami stanów własnych masy

3 rodziny kwarków 1 faza zespolona =źródło łamania CP W MS mechanizm CKM to dominujące źródło łamania zapachu (MFV) i łamania CP (2008, Nagroda Nobla dla Kobayashiego i Maskawy)

Procesy elektrosłabe: prądy naładowane i prądy neutralne

Prądy neutralne ze zmianą zapachu (FCNC) : tylko w diagramach pętlowych (mechanizm GIM)

Struktura zapachu (kwarki)

qi (u,c,t) W+

VCKM ij qj (d,s,b)

qi

Z-γ

δ ij qj

b

s

d

V

b

s

d

CKM'

'

'

1Aλiηρ1Aλ

Aλ2λ1λ

iηρAλλ2λ1

VVV

VVV

VVV

V23

22

32

tbtstd

cbcscd

ubusud

CKM

b→d, b→s FCNC

22.0~sin C


5

Zapach w Modelu Standardowym Model Standardowy: efektywna teoria opisująca obszar poniżej

~200GeV Parametry MS związane z fizyką zapachu: masy fermionów (6+6), kąty mieszania (3+3), fazy łamiące symetrię CP

(1+1) Muszą być wyznaczone eksperymentalnie

Fundamentalne pytania

Dlaczego trzy generacje i czy tylko trzy? Co determinuje hierarchię mas fermionów? Co determinuje elementy macierzy mieszania? Źródło łamania symetrii CP?

Implikacje kosmologiczne Maksymalna asymetria materii i antymaterii w przyrodzie. Łamanie CP w Modelu Standardowym niewystarczające...

Aby znaleźć teorię (bardziej) fundamentalną trzeba zrozumieć fizykę zapachu


6

Nowa Fizyka a Fizyka Zapachu

Nowa Fizyka = Fizyka spoza MS (np. H±, SUSY, q’, W’, Z’, ...) Fizyka Zapachu czuła na Nową Fizykę z wyższej skali energii (≥ 1TeV) poprzez kwantowe fluktuacje: wirtualny wkład od nowych cząstek

modyfikacje przewidywań MS (częstości przejść, asymetrie, polaryzacje...)

Poszukiwanie kwantowych poprawek do procesów MS = poszukiwanie pośrednie

Poprawki małe (<10%): najlepsze procesy tłumione w MS np. typu FCNC Czułość na Nową F izykę: do ~1TeV jesli łamanie zapachu opisane przez

sprzężenia Yukawy (MFV), do ~10-100TeV jeśli wzmocnione Pomiar korelacji między obserwablami identyfikacja Nowej Fizyki

Komplementarne metody: Pośrednia: konieczna precyzja Bezpośrednia (w LHC): konieczna energia

Model Standardowy Nowa Fizyka


7

Test DNA modeli → identyfikacja Nowej Fizyki

Obserwable ↓ Modele →arXiv: 0909.1333Wkład od Nowej Fizyki:

duży umiarkowany mały


8

Test Fizyki Zapachu: pomiary Trójkąta Unitarnego (TU) Macierz CKM unitarna: VCKM V†

CKM=1 VudV*

ub + VcdV*cb + VtdV*

tb=0 TU dla mezonów B Niezależny pomiar boków i kątów test MS

2001: Belle i BaBar odkrywają łamanie CP w B (pomiar β dla B0→J/ψK0s)

2011: finalny pomiar Belle

Pomiary potwierdziły: TU jest trójkątem

Pomiary vs przewidywania MS α

γ β

Input: Output:

013.0023.0668.02sin0

Kcc100 711fb Belle sKJB

2001 2011


9

Odchylenia od Modelu Standardowego?

Precyzja pomiarów ~10% miejsce na Nową Fizykę Napięcia między pomiarami np. BF(B→τυ) , sin2β

Rozbiezność ~2.5σ pomiędzy pomiarami sin2β i BR(B →τυ), a pozostałymi obserwablami


10

Odchylenia od Modelu Standardowego?

Mieszanie Bs→J/ψφ DØ, CDF, LHCb Asymetria przypadków dwumionowych w DØ B→τν Belle, BaBar Zagadka ACP(B→Kπ) Belle, BaBar, LHCb AFB w B→K*l+l- Belle, BaBar, CDF, LHCb Bs→μμ CDF, DØ, LHCb


11

sin2βexp~ 0.67 vs. sin2βSM~0.8 Dodatkowa faza w mieszaniu Bd

0-Bd0?

sin2βexp = sin(2βSM+ɸdNP) ɸd

NP~-13±3°

Korelacje: ɸdNP w modelu 2HDM z MFV

zwiększenie: sin2βs w Bs→J/ψφ, |εK|i BF(Bd,s→μμ)

Parametryzacji Nowej Fizyki

Nowa Fizyka w mieszaniu Bd0-Bd

0?Złoty rozpad, Fabryki-

B

Łamanie CP poprzez interferencję diagramów

z mieszaniem i bez

qi

SMq

qq e

m

m


12

βs w Bs →J/ψφ Pomiar Trójkąta Unitarnego dla mezonów Bs

(CKMfitter)

Łamanie CP w Bs→J/ψφ:

Rozpad S→VV 75%CP+ (L=0,2; BL) i 25%CP- (L=1, BH) Analiza kątowa rozwikłanie stanów CP+/CP- , pomiar ΔΓs =ΓH -ΓL

Ograniczenia na płaszczyźnie -2βs vs. ΔΓs

Poprawa zgodności z MS (2009: odchylenie 2.1σ dla DØ+CDF 2.8/fb) Synergia z pomiarem asymetrii przypadków dwumionowych w DØ

Złoty rozpad, Tevatron

Łamanie CP poprzez interferencję diagramów

z mieszaniem i bez

NPss

Js 2/

002.0036.02 SMs


13

βs w Bs→J/ψφ


14

Co dalej z βs?

Więcej danych: LHCb

Więcej rozpadów: Bs→J/ψ f0(980)

(LHCb, Belle, CDF, DØ gold rush... ) stan własny CP-, pomiar βs bez analizy kątowej Bs→φφ pingwin Bs → K+K- (LHCb) ~CP+ Bs →Ds

(*)Ds (*) (Belle) ~CP+

Era precyzyjnych pomiarów Bs rozpoczęta


15

Asymetria dwumionów

Łamanie CP w mieszaniu: Bd,s0→Bd,s

0 ≠ Bd,s0→Bd,s

0

MS dla Bd+Bs:

2010: DØ, 6.1/fb: odchylenie 3.2σ od MS 2011: DØ, 9.0/fb, poprawa wydajności i pomiaru asymetrii tła, testy źródła dwumionów

Aby porównać z mierzonymi asymetriami rozpadów półleptonowych

Zgodność z innymi pomiarami, odchylenie 3.9σ od MS

Rozpad półleptonowy Mieszanie→rozpad półleptonowy

bb

bbbsl NN

NNA

45.06.0 103.2

SMAbsl

%09.017.079.0 bslA

ssl

dsl

bsl aaA 51.049.0

XBXB

XBXBasl

ssla

dsla


16

Asymetria dwumionów

Związek z Nową Fizyką w mieszaniu Bs0?

Plan LHCb:

ss

sssl ma tan

NPsss 2

ssla

dsla

ss

d

DB

DB0

0

Pomiar róznicy asymetrii dla:


17

B→τυ Rozpad czysty teoretycznie Dobry do poszukiwań Nowe Fizyki: czuły na H±

Trudny eksperymentalnie: ≥2 neutrina w stanie końcowym. Domena Fabryk-B

Wzmocniony BF, wkład od H±?

2

22

2

tan1)(

)(

H

BSM m

m

BBR

BBR

22

2

2

222

18 ubB

B

BF Vfm

mmmGB

411.0

06.0

4

1076.0:CKMfitter

1025.020.1:SM

BBR

BBR

ograniczenia na parametry NF


18

B→ τν, metoda

6.3103.04.05.1)( 4 BBR

B→τν signal


19

Zagadka B→Kπ Interferencja pingwin+drzewo łamanie CP Zagadka:

W MS: ΔAKπ=0. Nowa Fizyka czy efekty hadronowe?

Test MS niezależny od modelu: precyzyjny pomiar BF i ACP dla wszystkich kombinacji izospinowych: B→K+π-, K0π+, K+π0, K0π0

Belle, Nature 452, 332 (2008)

00 KAKAA CPCPK

0KACP

KACP


20

B→K(*)l+l-

W Modelu Standardowym: BF~10-6 Wkład od NF na tym samym poziomie? Trójciałowy rozpad: wiele obserwabli dBF, FL, AFB test struktury rozpadu Metoda: analiza rozkładów kątowych w funkcji q2=M2(l+l-)

Belle: Intrygujaca AFB dla niskich q2? LHCb, 310pb-1: lepsza zgodność z MS Plan: pomiar punktu przecięcia AFB, pomiar AT

BF

BFFB NN

NNllMqA

22

Backward Forward

__ SM

__ SUSY


21

Bd,s→μ+μ-

Bardzo rzadki, dobrze policzony, b. czuły na NF

Idealny do dyskryminacji modeli/parametrów Np. model NUHM (uogólniony CMSSM) 4

622

0

tan~

A

bMSSM M

mmBF

10

9

101.00.1

102.02.3

dSM

sSM

BBF

BBF

Pomiary, początek 2011:


22

Bd,s→μ+μ-, nowe pomiary CDF, 7/fb: zwiększona akceptancja (Central+Forward dimuon triggers) , lepsza sieć neuronowa (NN). Analiza: M(μμ) vs. NN output Bs→μμ: oczekiwane 2 przypadki w MS, obserwowane wzmocnienie (~2.5σ)

Bd→μμ : zgodny z tłem

Pierwsza ewidencja Bs→μμ!?

CMS, 1.14/fb, Bs→μμ,

Bs→μμ oczekiwany 1 przypadek

LHCb 37→300/pb

CLBBR

BBR

d

s

%95100.6

108.19

81.19.0

M(μμ)

Bs→μ+μ-

CLBBR s %95109.1 8

M(μμ)M(μμ)

CLBBR s %95105.1 8


23

Podsumowanie Rola Fizyki Zapachu: Precyzyjny pomiar MS Poszukiwanie i identyfikacja Nowej Fizyki Poszukiwania pośrednie komplementarne do bezpośrednich

Odchylenia od Modelu Standardowego w rozpadach B i Bs

+ Fizyka mezonów D i Ds: coraz większa czułość pomiarów

(mieszanie D0, łamanie CP, rzadkie rozpady) + Sektor leptonów (LFV)

Giganci zapachu: Belle, Babar, CDF, DØ, LHCb Super Fabryki-B


24

Backups


25

Strategia poszukiwania Nowej Fizyki

Historia: fizyka zapachu czuła na zjawiska z wyższej skali energii: Mieszanie Kaonów, BR(K0→μμ), mechanizm GIM istnienie powabu Łamanie symetrii CP istnienie trzeciej generacji kwarków Mieszanie mezonów B0 masa kwarku t

Teraz: Potrzebne precyzyjne pomiary wielu obserwabli Potrzebna precyzyjna teoria/modele Pomiar korelacji między obserwablami identyfikacja Nowej Fizyki Korelacje pomiedzy posrednimi i bezposrednimi pomiarami

Brak sygnałów Nowej Fizyki w procesach FCNC: poważne implikacje dla fizyki zapachu w skali 1TeV


26

βs w Bs→J/ψφ

Bullet kooten slides at LP


27

βs

Bullet


28

Nowa Fizyka w mieszaniu Bs0-Bs

0?


29

Dileptons

Bullet


30

DCPV B→Kπ, puzzle


31

Bd,s→μ+μ-, nowy pomiar LHCb


32

Trójkąty Unitarne


33

Oscylacje mezonów


34

Nowa Fizyka

Nowo ści w fizyce zapachu

Documents

Transcript of Nowo ści w fizyce zapachu