Prof. dr hab. Danuta Kisielewska Kraków, 12.03.2018 Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej Akademii Górniczo-Hutniczej Kraków

RECENZJA Rozprawy doktorskiej mgr Olgi Grzymkowskiej p.t. „Badanie mezonów powabnych w

rozpadach B w eksperymencie Belle” Przedstawiona mi do recenzji praca dotyczy badania podwójnie powabnych rozpadów z dziwnością BD(*)D(*)

s(J),w których tworzy się układ kwarkowy cs. Dane pochodzą z detektora Belle, pracującego przy zderzaczu asymetrycznych wiązek e+e- KEKB. Para mezonów BB jest produkowana przy całkowitej energii w układzie środka masy równej masie rezonansu (4S) formowanego w zderzeniach e+e-, a scałkowana świetlność użytej próbki wynosi 711 fb-1. Walorem wykonanej analizy jest zastosowana metoda, polegająca na badaniu rozkładu masy brakującej w inkluzywnym procesie BD(*)Xc w obszarze zdominowanym przez przejście bccs. Ponieważ masa niezmiennicza układu Xc jest wyznaczana z dwuciałowego rozpadu mezonu B, a jednocześnie drugi mezon B rekonstruowany jest z hadronowych stanów końcowych, możliwy jest pomiar częstości badanych rozpadów niezależnie od stanów końcowych w układzie Xc. Ta, możliwa jedynie w „fabrykach B” metodyka i rekordowa statystyka (772 miliony par mezonów BB) pozwoliły na uzyskanie wartościowych rezultatów w zakresie spektroskopii mezonów powabnych, wyznaczenie stosunków rozgałęzień i dostarczyły materiału do weryfikowania przewidywań różnych podejść teoretycznych. Wyznaczone stosunki rozgałęzień mają mniejsze niepewności od wcześniejszych, wykonanych, co prawda, na mniejszej statystyce, analogicznych pomiarów z konkurencyjnego eksperymentu BaBar. .

Praca mgr Olgi Grzymkowskiej składa się z abstraktu, 10-ciu rozdziałów, 4-rech dodatków, bibliografii zawierającej 68 pozycji i liczy 145 stron.

Rozdział pierwszy zawiera dość ogólne wprowadzenie w rolę jaką odgrywają mezony B w testowaniu Modelu Standardowego i tylko z nazwy wymienia podejścia teoretyczne, które oczekują na weryfikację doświadczalną. bez wskazania gdzie wykonywana analiza może być przydatna. Dopiero ostatni, również skrótowy akapit przedstawia cel wykonanej analizy. Taki wstęp mógłby pojawić się w wielu pracach o rozpadach mezonu B. W przypadku prac wykonywanych w dużych zespołach badawczych naturalnym jest korzystanie np. z bazy eksperymentu zawierającej zrekonstruowane oddziaływania lub z wygenerowanych próbek Monte Carlo dla określonej kategorii przypadków. Drugim, moim zdaniem, mankamentem utrudniającym ocenę jest brak we wstępie informacji o udziale autorki w pracach kolaboracji Belle, a także o tym, które etapy analizy od rejestracji danych po końcowe wyniki zostały wykonane samodzielnie przez doktorantkę. W rozdziałach 7 i 8, co prawda, znalazłam ogólne stwierdzenie że „badania zostały w całości wykonane przez autorkę”, a przy omawianiu próbek Monte Carlo – pojawiał się termin „próbki przygotowane centralnie dla całej współpracy Belle”, niemniej określenie we wstępie granicy między korzystaniem z systemu wspólnego analizy danych z eksperymentu, a dokonaniami doktorantki bardzo ułatwiłoby ocenę. Na podstawie studiów literaturowych trudno mi było również zorientować się czy ktoś w eksperymencie Belle zajmował się podobną analizą, co w dużych kolaboracjach, dla wiarygodności wyników często jest praktykowane. Są to uwagi

czysto redakcyjne odnośnie konstrukcji rozdziału wstępnego i nie umniejszają wartości analizy

Rozdział drugi zawiera omówienie najważniejszych zagadnień teoretycznych dotyczących rozpadów B z kwarkowym przejściem bccs i jest skonstruowany bardzo dobrze z wyczuciem wyboru informacji istotnych dla przedmiotu rozprawy. Brakuje tylko odniesienia do pracy teoretycznej, z której wynikami autorka porównuje między innymi swoje rezultaty (Tablica 9.1 – przewidywania teoretyczne) Nie dziwi mnie ten brak, bo z założeń przedstawionych w liście, w którym pojawiają się przewidywania teoretyczne cytowane w rozprawie w tablicy 9.1 (ref. 63) też niewiele zrozumiałam.

Równie satysfakcjonująco przedstawia się rozdział trzeci rozprawy traktujący o aktualnym stanie badań rozpadów B z kwarkowym przejściem bccs, ich roli w spektoskopii powabu, poszukiwaniach nieznanych kanałów rozpadu i ewentualnych efektach spoza modelu standardowego.

Rozdział czwarty jest standardowym w pracach eksperymentalnych z fizyki cząstek. Po wprowadzeniu specyficznych charakterystyk „fabryk B” zawiera informacje o zderzaczu KEKB i opis detektora BELLE z rozsądną selekcją informacji o elementach , które są istotne z punktu widzenia analizy przeprowadzonej w rozprawie.

Ogólny schemat analizy jest przedstawiony w rozdziale piątym. Zastosowana metoda badawcza, stosowana w „fabrykach B” wykorzystuje unikalny fakt, że pary mezonów pięknych produkują się ekskluzywnie w procesie e+e- (4S)BB, co gwarantuje dokładną znajomość stanu początkowego i procesu produkcji mezonów B. Generalnie metodyka polega na rekonstrukcji jednego z mezonów B (znakujący) Pełna lub częściowa rekonstrukcja znakującego B dostarcza informacji o pędzie i liczbach kwantowych drugiego mezonu B (sygnałowy). Autorka wykorzystała przypadki z pełną rekonstrukcją B znakującego w czysto hadronowych stanach końcowych. Z rozpadu drugiego mezonu B pochodzi ekskluzywnie rekonstruowany mezon powabny D(*)(sygnałowy), a masa pozostałych nie zrekonstruowanych produktów B sygnałowego MX jest obliczana jako masa brakująca. Mezony D(*)

s(J), pochodzące z dwuciałowych rozpadów BD(*)D(*)s(J), pojawiają

się w rozkładzie MX przy wartościach odpowiadających ich masie. W rozdziale piątym autorka opisała w bardzo klarowny sposób ideę i narzędzia używane do rekonstrukcji mezonów znakujących w rozpadach hadronowych.

Rozdział szósty poświęcony jest opisowi analizy danych. Oprócz próbki danych doświadczalnych autorka precyzuje poszczególne etapy analizy: procedury rekonstrukcji i selekcji. Szczególnie skrupulatnie autorka potraktowała analizę przyczynków tła.

Kluczowymi rozdziałami pracy są rozdziały siódmy i ósmy zawierające szczegółowe omówienie pomiarów stosunków rozgałęzień rozpadów B+D(*)0D(*)

s(J) i B0D(*)D(*)

s(J) odpowiednio. Autorka przedstawiła w sposób logiczny bardzo wyrafinowaną skomplikowaną analizę, która obejmuje zakres mas brakujących 1.7 < MX <2.7. Wszystkie kroki pomiaru sygnału zostały wykonane z użyciem próbek Monte Carlo (GMC – ogólnego dla eksperymentu Belle i SMC – sygnałowego wygenerowanego na potrzeby prowadzonej analizy). Metoda inkluzywna oprócz niewątpliwych zalet wymaga, ze względu na dużo większy poziom tła, studiów opartych o próbki Monte Carlo GMC. Efektem tych studiów są dopasowania spodziewanego tła dla rekonstruowanych łańcuchów rozpadu D0 w całym zakresie masy brakującej. Wstępnie została przeprowadzona analiza w obszarach kontrolnych w obszarze masy brakującej, w którym występują dobrze znane rozpady dla przetestowania wypracowanych procedur i narzędzi analizy. W podobny sposób, na podstawie próbek kontrolnych wyznaczono czynniki skalujące dla wydajności rekonstrukcji mezonów B znakujących.Charakterystyki rozpadów sygnałowych badane były w oparciu o dedykowane próbki SMC. Przeprowadzono parametryzację rozkładów MX dla kanałów sygnałowych, oszacowano wydajność rekonstrukcji i poziom migracji przypadków sygnału

pomiędzy kanałami. Wypracowana procedura została zastosowana do danych po optymalizacji kryteriów selekcji. Na końcu rozdziału siódmego została przedstawiona metoda wyznaczania niepewności systematycznych.

W całej procedurze analizy ważnym wydaje się być podrozdział 7.5 zawierający dyskusję zawyżenia w GMC liczby mezonów powabnych z rozpadów B. Problem pojawiał się już w wielu analizach eksperymentów Belle i BaBar. Hipoteza sugerowana przez autorkę, na podstawie przeprowadzonej analizy, zawyżenie w GMC udziału dwuciałowych rozpadów z kwarkowym przejściem bccs do stanów końcowych zawierających wyższe wzbudzenia mezonów powabnych, może mieć znaczenie dla poprawnego opisu produkcji cząstek powabnych w rozpadach B. Ze względu na ścisły związek z pomiarem elementu Vcb macierzy mieszania kwarków propozycja ta jest warta uwagi.

Rozdział ósmy jest relacją a pomiaru stosunków rozgałęzień dla rozpadów B0D(*)-

D(*)s(J), który został wykonany analogicznie jak w rozdziale siódmym dla rozpadów B+.

Rozdział dziewiąty zawiera wyznaczone w pracy stosunki rozgałęzień ich porównanie ze średnimi światowymi i pomiarami eksperymentu BaBar wykonanymi również metodą ekskluzywną, a także z przewidywaniami teoretycznymi Wyniki w granicach błędu zgodne są z tym co uzyskała konkurencja w BaBar, natomiast z wartości teoretyczne mają za małą dokładność do konkluzywnych porównań. Autorka pokusiła się również o wyznaczenie bezwzględnych częstości rozpadów stanu pośredniego Ds1(2460) w kanałach: Ds1(2460)+D+

s i Ds1(2460)+D+s0.

Rozdział dziesiąty zawiera standardowe podsumowanie pracy. Za najwartościowsze aspekty pracy uważam:

Zastosowaną metodę badawczą i opracowanie własnej techniki analizy pozwalającej na jednoczesne wyznaczanie stosunków rozgałęzień dla różnych łańcuchów rozpadów, w szczególności perfekcyjne potraktowanie migracji sygnału pomiędzy kanałami,

Uzupełnienie światowych wyników istotnych dla spektroskopii układu cs w oparciu o dane z detektora Belle o wartości stosunków rozgałęzień dla rozpadów BD(*)D(*)

s(J) oraz wyznaczenie absolutnych częstości rozpadów stanu pośredniego Ds1(2460),

Koncepcję zidentyfikowania przyczyny rozbieżności pomiędzy Monte Carlo (GMC) używanym w całym eksperymencie w kwestii zawyżenia w GMC udziału dwuciałowych rozpadów z kwarkowym przejściem bccs do stanów końcowych zawierających wyższe wzbudzenia mezonów powabnych,

Solidną i wnikliwą analizę przedstawioną w jasny sposób.

Rozprawę p. mgr Olgi Grzymkowskiej oceniam wysoko biorąc pod uwagę: interesujący i pożyteczny cel badań, dojrzałą pod względem doświadczalnym analizę i bardzo staranną redakcję pracy.

Jeżeli chodzi o uwagi krytyczne to oprócz przedstawionych już zastrzeżeń do zawartości

wstępu pracy (które tak naprawdę odnoszą się do Pana Promotora, bo doktorantka redagowała rozprawę po raz pierwszy), zauważyłam nieliczne literówki i za małe opisy osi na wykresach.

Te uwagi nie obniżają mojej wysokiej oceny wykonanej przez mgr Olgę Grzymkowską pracy. Przeprowadzona analiza świadczy o dojrzałości autorki jako fizyka eksperymentatora.

Z pełnym przekonaniem stwierdzam, że przedstawiona rozprawa spełnia wszelkie wymogi stawiane pracom doktorskim i wnoszę o dopuszczenie autorki do dalszych etapów przewodu doktorskiego.