A.Bożek1

30.05.2008

ROZPADY B Z PRZEJŚCIEM bROZPADY B Z PRZEJŚCIEM bss

dlaczego szukamy efektów „nowej fizyki” w rozpadach B;

wybrane wyniki dla procesów bs;

podsumowanie.

??

A.BożekIFJ PAN Kraków

A.Bożek2

30.05.2008

ttccuu

bbssdd

ee

ee

Zapach w modelu standardowym (MS)Zapach w modelu standardowym (MS)

KWARKIKWARKILEPTONLEPTONYY

Sześć rodzajów (zapachów) kwarków i leptonów zgrupowanych w trzech rodzinach.Sześć rodzajów (zapachów) kwarków i leptonów zgrupowanych w trzech rodzinach.

elementarne składniki elementarne składniki materiimaterii

elementarne składniki elementarne składniki materiimaterii

Dlaczego trzy rodziny?Dlaczego trzy rodziny? Dlaczego trzy rodziny?Dlaczego trzy rodziny?

ZAPACHMASA [GeV]

ładunek elektr.

u (up)

d (down)

0.0030.007

+2/3-1/3

c (charm)

s (strange)

1.20.1

+2/3-1/3

t (top)

b (beauty)

1724.2

+2/3-1/3

Związek między rodzinami kwarków i leptonów?Związek między rodzinami kwarków i leptonów? Związek między rodzinami kwarków i leptonów?Związek między rodzinami kwarków i leptonów?

A.Bożek3

30.05.2008

Zapach w modelu standardowymZapach w modelu standardowym

ttccuu

bbssdd

ggZZWW

nośniki oddziaływańnośniki oddziaływańnośniki oddziaływańnośniki oddziaływań

Co odpowiada za hierarchię mas i sprzężeń VCo odpowiada za hierarchię mas i sprzężeń V ijij?? Co odpowiada za hierarchię mas i sprzężeń VCo odpowiada za hierarchię mas i sprzężeń V ijij??

11

1~

23

2

3

2.0

Macierz Cabbiby-Kobayashiego-Maskawy (CKM) zawiera informację o sile przejść ze zmianą zapachu

…… ……siln

e

ele

ktr

om

ag

nety

czn

e

słabe

A.Bożek4

30.05.2008

Poszukiwanie nowej fizyki w rozpadach BPoszukiwanie nowej fizyki w rozpadach B

(KL+-)/(K++) czwarty kwark c;

częstość oscylacji K0 mc;

łamanie CP w rozpadach K0 3 rodziny kwarków;

częstość oscylacji B0 mt170 GeV;

pomiary w rozpadach B komplementarne wobec bezpośrednich poszukiwań na LHC;

M [GeV/c2]

“data”

pomiary masy kwarku t w CDF i D0pomiary masy kwarku t w CDF i D0Vtd =|Vtd| e-i =(21.5=(21.51.0)1.0)

sprzężenia kwarku t mierzymy w fabrykach B, sprzężenia kwarku t mierzymy w fabrykach B, np.:np.:

Efekty nowej fizyki w rozpadach B Efekty nowej fizyki w rozpadach B odchylenia od przewidywań modelu odchylenia od przewidywań modelu standardowego. standardowego.

Efekty nowej fizyki w rozpadach B Efekty nowej fizyki w rozpadach B odchylenia od przewidywań modelu odchylenia od przewidywań modelu standardowego. standardowego. Potrzebne czułe obserwable, Potrzebne czułe obserwable, z małymi niepewnościami teoretycznymi, z małymi niepewnościami teoretycznymi, np. asymetrie CP, polaryzacje…np. asymetrie CP, polaryzacje…

Potrzebne czułe obserwable, Potrzebne czułe obserwable, z małymi niepewnościami teoretycznymi, z małymi niepewnościami teoretycznymi, np. asymetrie CP, polaryzacje…np. asymetrie CP, polaryzacje…

A.Bożek5

30.05.2008

Kwarki b i fizyka zapachówKwarki b i fizyka zapachów

Różnorodne charakterystyki procesów z udziałem kwarku b, a zwłaszcza relacje Różnorodne charakterystyki procesów z udziałem kwarku b, a zwłaszcza relacje pomiędzy mierzonymi obserwablami dostarczają precyzyjnych testów modelu pomiędzy mierzonymi obserwablami dostarczają precyzyjnych testów modelu

standardowego i stanowią dogodne miejsce do szukania efektów „nowej fizyki”. standardowego i stanowią dogodne miejsce do szukania efektów „nowej fizyki”.

Różnorodne charakterystyki procesów z udziałem kwarku b, a zwłaszcza relacje Różnorodne charakterystyki procesów z udziałem kwarku b, a zwłaszcza relacje pomiędzy mierzonymi obserwablami dostarczają precyzyjnych testów modelu pomiędzy mierzonymi obserwablami dostarczają precyzyjnych testów modelu

standardowego i stanowią dogodne miejsce do szukania efektów „nowej fizyki”. standardowego i stanowią dogodne miejsce do szukania efektów „nowej fizyki”.

Vub=|Vub|e-i

Vtd =|Vtd| e-i

warunek warunek unitarnościunitarności

|Vcb| rozpady z przejściem bc, np. B D(*)e+e, B Xce+e

|Vub| rozpady z przejściem bu, np. B e+e, B Xue+e

|Vtd| oscylacje B0 -B0

, , asymetrie CP

faza macierzy CKM - nieredukowalna faza w lagranżjanie łamanie symetrii CP (CPV)

(mechanizm Kobayashiego-Maskawy)

o

D- -

A.Bożek6

30.05.2008

FNAL: TEVATRONpp (2000 GeV) ~109bb/rok; (bb )/ tot~ 10-4

D0 i CDF

Zderzenia hadronów wysokich energiihh hh bb + X bb + X

b/b B0 /B0, B, Bs, Bc, b, ...

Fabryki bFabryki b

KEK:KEKB e-(8GeV)e+(3.5GeV) Lpeak=1.711034/cm2/s ~108BB/rok;

Belle

e+e- (bb ) BBFormacja (4S) w zderzeniach e+e-

((4S) BB)>96%; B = B0,B+

(BB )/ tot~ 0.25

>milionBB-par/dzień >800 milionów parBB

600 milionów parBB

ciekawe wyniki dla Bs z testowych naświetlań przy energii (5S)

SLAC:PEPII e-(9.1GeV)e+(3GeV) Lpeak=1.21034/cm2/s BaBar

PEPII zamknięto 7.04.2008

A.Bożek7

30.05.2008

Wybrane wynikiWybrane wyniki (spośród >700 (spośród >700

artykułów, cytownych artykułów, cytownych

~19000 razy )~19000 razy )

Jak wyglądają charakterystyki czasowe rozpadów?

obserwacja łamania CP w rozpadach obserwacja łamania CP w rozpadach BB00J/J/KK00

S(L)S(L)dN/dt(B0J/K0)

asymetria:

W rozpadach B łamanie symetrii CP jest duże !W rozpadach B łamanie symetrii CP jest duże ! W rozpadach B łamanie symetrii CP jest duże !W rozpadach B łamanie symetrii CP jest duże !

S

B0

pierwsza obserwacja przez Belle i BaBar w 2001

ACP(t) dN/dt(B0f) - dN/dt(B0f)

ACP(t) = S sin(mdt)

B0

stan własny CP

B0 B0

A.Bożek8

30.05.2008

|V||V|

cb

ub||||

ms

md

CPV in K0

CPV in B0,…

1

dla B0J/K0 :

S = sin(2)

Łamanie CP w rozpadach BŁamanie CP w rozpadach B i macierz CKMi macierz CKM

Mechanizm Kobayashiego-Maskawy jest potwierdzony doświadczalnie.Mechanizm Kobayashiego-Maskawy jest potwierdzony doświadczalnie.Mechanizm Kobayashiego-Maskawy jest potwierdzony doświadczalnie.Mechanizm Kobayashiego-Maskawy jest potwierdzony doświadczalnie.

Macierz CKM jest unitarna z dokładnością do 10%.Macierz CKM jest unitarna z dokładnością do 10%.Macierz CKM jest unitarna z dokładnością do 10%.Macierz CKM jest unitarna z dokładnością do 10%.

S

A.Bożek9

30.05.2008

Poszukiwanie Nowej FizykiPoszukiwanie Nowej Fizyki sprawdzanie unitarności macierzy CKM

Rozpady półleptonowe Vcb, Vub, Vcs

Mieszanie Vtd ,Vts

CPV pomiar kątów , , (1,2,3)

Bazowanie na odchyleniach od MS; wymaga pewnych przewidywań

Rzadkie rozpady:

procesy zachodzące poprzez pętle;

• nowe fazy łamiące CP,

• polaryzacje,

czysto leptonowe i pół-tauonowe rozpady B;

procesy egzotyczne (zero w MS);

A.Bożek10

30.05.2008

przejście bs w modelu standardwym:diagram pętlowy kwarkiem t i bozonem W

~xc

t~

-~

Jeżeli nowe cząstki dostępne na LHC, Jeżeli nowe cząstki dostępne na LHC, to w rozpadach B oczekujemy efektów to w rozpadach B oczekujemy efektów 0.1. 0.1. Jeżeli nowe cząstki dostępne na LHC, Jeżeli nowe cząstki dostępne na LHC, to w rozpadach B oczekujemy efektów to w rozpadach B oczekujemy efektów 0.1. 0.1.

Jeżeli nowa fizyka przy skali O(1)TeV Jeżeli nowa fizyka przy skali O(1)TeV obserwowalne efekty obserwowalne efekty w rozpadach B już przy obecnej czułości eksperymentóww rozpadach B już przy obecnej czułości eksperymentówJeżeli nowa fizyka przy skali O(1)TeV Jeżeli nowa fizyka przy skali O(1)TeV obserwowalne efekty obserwowalne efekty w rozpadach B już przy obecnej czułości eksperymentóww rozpadach B już przy obecnej czułości eksperymentów

~

~xg

sb~

~

Procesy z przejściem bProcesy z przejściem bss

w teoriach supersymetrycznych:

nowe fazy –nowe źródłałamania CP

A.Bożek11

30.05.2008

b b s s

b b sl sl++ll--

b b s sqqqq

Efekty NF w przejściachEfekty NF w przejściach b b s s

Bs Bs

e.g.:Extra dimensions (by Randall & Sundrum)

ACP(t) 2 (SM)

ACP(t) ~ O(1) (RS)

ACP(t) sin(2) (SM)

ACP(t) sin(2 O(.2)) (RS)

BrSM(1+O(1)) (RS)

ACP(t) ms/mbsin(2) (SM)

ACP(t) ~ O(1) (RS)B0K*

B0K0

B0

A.Bożek12

30.05.2008

B0J/K0

BF(b b s sqq) qq) ~10-510-6

BF(B0J/K0 )= 8.710-4

model standardowy:model standardowy: S(ss)K0 = SJ/K0 = sin(2)

model standardowy:model standardowy: S(ss)K0 = SJ/K0 = sin(2)

średnia z rozpadów B0(ss)K0

odchylenie 2.1

od MS

,’…

Asymetrie CP w rozpadach b Asymetrie CP w rozpadach b s sqqqq

K0, ’K0… stany własne CP

B0

B0

ACP(t) = S(ss)K0 sin(mdt)

A.Bożek13

30.05.2008

Mniejsze niż b

ccs w 7 z 9 kanałach

Mniejsze niż b

ccs w 7 z 9 kanałach

Naiwne uśrednienie po rozpadach b s sin2eff = 0.56 ± 0.052.1 odchylenia od MS (CL=3%)

Naiwne uśrednienie po rozpadach b s sin2eff = 0.56 ± 0.052.1 odchylenia od MS (CL=3%)

W MS małe przesunięcie sin2 jest możliwe:• „zabrudzenie” przez bu • Im(Vts)≠0 at O(l4)• oddziaływania w stanie końcowym

b b s sqqqq

sin21

QCDF

A.Bożek14

30.05.2008

””Zagadka BZagadka BKK””

Asymetria CP: ACP N(Bf) - N(Bf) |A1||A2|sinsin

)()( 0)(0 πKBπKB CPCP A AMS: )()( 0)(0 πKBπKB CPCP A AMS:

Głó

wn

e amp

litud

y MS

B0K+_

B+K+0

Vub

N( BN( B00 K K++-- ) ) N( N(BB00 KK++--))

?

A.Bożek15

30.05.2008

””Zagadka BZagadka BKK””Belle Collab., Nature, 452, 332 (20 March 2008)

B_

K_

0

B0K+_

B+K+0

M(K)

B0K_

+dMdN

0.0370.164A AΔA CPCP )()( 0 πKπK 0.0370.164A AΔA CPCP )()( 0 πKπK

0 ~4.4

asymetria: ACP N(Bf) - N(Bf)

??dodatkowe amplitudy dla BK0:

ACP= -0.086 0.023 (stat) 0.009(syst)

ACP= -0.107 0.018 (stat)+0.007(syst)-0.004

ACP= +0.03 0.04 (stat) 0.01(syst)

ACP= -0.094 0.018 (stat) 0.008(syst)

ACP= +0.07 0.03 (stat) 0.01(syst)

A.Bożek16

30.05.2008

Polaryzacja w rozpadach BPolaryzacja w rozpadach BVV11VV22 z przejściem b z przejściem b s s

BBK*K*MS: MS: |A|A1010| >> |A| >> |A1+11+1||,, |A |A1-11-1||MS: MS: |A|A1010| >> |A| >> |A1+11+1||,, |A |A1-11-1||

2

20

||||

AA

fL MS: MS: ffLL0.90.9MS: MS: ffLL0.90.9

BB K*K* : : ffLL==0.490.490.050.050.030.03 BB K*K* : : ffLL==0.490.490.050.050.030.03

BaBar 2007BaBar 2007

BB K*K* : : ffLL==0.520.520.080.080.030.03 BB K*K* : : ffLL==0.520.520.080.080.030.03

Belle 2004Belle 2004

BB0 0 K*K*0 0 : : ffLL==0.450.450.050.050.020.02 BB0 0 K*K*0 0 : : ffLL==0.450.450.050.050.020.02 BB0 0 00K*K*00 : : ffLL==0.570.570.120.12 BB0 0 00K*K*00 : : ffLL==0.570.570.120.12

BB K*K*00 : : ffLL==0.480.480.080.08 BB K*K*00 : : ffLL==0.480.480.080.08

BB 00 : : ffLL==0.910.910.050.05 BB 00 : : ffLL==0.910.910.050.05

BB0 0 ++-- : : ffLL==0.980.980.030.03 BB0 0 ++-- : : ffLL==0.980.980.030.03

AA1010

3 amplitudy: AA11 =0=011VV11,V,V2 2 – mezony wektorowe– mezony wektorowe

A.Bożek17

30.05.2008

Polaryzacja w rozpadach b Polaryzacja w rozpadach b s sqqqq

supersymetriasupersymetria

oddziaływanie skalarneoddziaływanie skalarne

potrzebne dokładniejsze pomiary polaryzacji w rozpadach z przejściem bpotrzebne dokładniejsze pomiary polaryzacji w rozpadach z przejściem bddpotrzebne dokładniejsze pomiary polaryzacji w rozpadach z przejściem bpotrzebne dokładniejsze pomiary polaryzacji w rozpadach z przejściem bdd

|A|A1010| >> |A| >> |A1+11+1||,, |A |A1-11-1|| |A|A1010| >> |A| >> |A1+11+1||,, |A |A1-11-1||

|A|A1+11+1| >> |A| >> |A1010||,, |A |A1-11-1|| |A|A1+11+1| >> |A| >> |A1010||,, |A |A1-11-1||

AA1010

AA1+11+1

A.Bożek18

30.05.2008

Efekty nowej fizyki w rozpadach BEfekty nowej fizyki w rozpadach Bs s ??

Bs Bs

częstość oscylacji: ms=17.770.12 ps-1

Pierwsza obserwacja 2006 CDF & D0 @ TEVATRON

|V|Vtsts|/|V|/|Vtdtd| | 5 5

Zgodne z pośrednim oszacowaniem na podstawie pomiarów elementów macierzy CKM: ms=18.62.3 ps-1

d s

ACP(t) SJ/K0 arg(Vtd) ACP(t) SJ/ sin(2s)

MS: MS: ss= arg(V= arg(Vtsts)) 0 0

MS: MS: ss= arg(V= arg(Vtsts)) 0 0

A.Bożek19

30.05.2008

Efekty nowej fizyki w rozpadach BEfekty nowej fizyki w rozpadach Bs s ??2007-2008: pierwsze pomiary CDF i D0

ΦBs = (-19.9 ± 5.6)oU(-68.2 ± 4.9)o

M. Bona et al. (UTfit Colab.), arXiv:0803.0659 [hep-ph] (March 2008)

Połączona analiza dostępnych obserwabli w rozpadach Bs arg(Vts) 0 >3ms, s,Bs, ASL

A.Bożek20

30.05.2008

Rozpad wyjątkowo czuły na Nowa Fizykę Rozpad wyjątkowo czuły na Nowa Fizykę b b s s

TEVATRON

BBXXss - zestawienie - zestawienie

A.Bożek21

30.05.2008

P. Ball et al., PRD 75, 054004 (07)

Belle Collab. (J. Wicht et al.), PRL 100, 121801 (08)

BBss w w BelleBelle

23.6 fb23.6 fb-1-1 @ @ (5S)(5S)

Analog BK*

Pierwszy obserwowany rzadki rozpad BPierwszy obserwowany rzadki rozpad Bss!!

A.Bożek22

30.05.2008

b b sl sl++ll--

Wiele miejsc gdzie NF może się ujawnić;

Wiele obserwabli do badania struktury NF.

Wiele miejsc gdzie NF może się ujawnić;

Wiele obserwabli do badania struktury NF.

A.Bożek23

30.05.2008

Zderzenia hadronów wysokich energiihh hh bb + X bb + X

b/b B0 /B0, B, Bs, Bc, b, ...

Przyszłe fabryki b Przyszłe fabryki b

e+e- (4S) BBFormacja (4S) w zderzeniach e+e-

((4S) BB)>96%; (BB )/ tot~ 0.25

LHCLHC101055101066bb/s; bb/s; ((bb )/ bb )/ inelinel~ 0.006~ 0.006

ATLAS CMS

LHCb LHCb – specjalny detektor dla fizyki b optymalizacja dla L=2×1032/cm2/s

uniwersalne spektrometry; fizyka b w pierwszej fazie LHC (L~1033/cm2/s)

SLAC:PEPII e-(9.1GeV)e+(3GeV) Lpeak=1.21034/cm2/s BaBarSLAC:PEPII e-(9.1GeV)e+(3GeV) Lpeak=1.21034/cm2/s BaBar

world record

>millionBB-pairs/day >800 millionsBB-pairs so far interesting results on Bs from test runs at (5S)

Lpeak 21035/cm2/s 210

9BB/rok 210 9 +-/rok

SuperBelleSuperBelle

SuperKEKBSuperKEKB (przebudowa KEKB)docelowa świetlność ~81035/cm2/s 50 ab-1

INFN Lpeak >1036/cm2/s Frascati

A.Bożek24

30.05.2008

sin(2)=0.7360.042

Indirect measurement from other CKM elements

2.9 deviation ”|Vub| tension” M. Neubert, Moriond 2007

sin(2)=0.6680.028

direct measurements from ACP(t) in BfCP

Najważniejsze pomiary Najważniejsze pomiary Trójkąt unitarności z dokładnością O(1%): amplitudy drzewiaste (|Vcb|, |Vub|, ) i z pętlami (|Vtd|, )

Pomiary inkluzywne (czystsze teoretycznie): b u, b s, b d, b sl+l- …

Nowe źródła łamania CP: precyzyjne pomiary w procesach bs; Oddziaływania przez prądy prawoskrętne: CPV w BK*;

Naładowany bozon Higgsa: poszukiwania w rozpadach B i BD(*);

no

de

cay

vtx.,

mu

ltiple

’s..

S. Stone, SuperB numbers : M Hazumi

Komplementarne pomiary w (Super-)LHCb i SuperBelle Komplementarne pomiary

w (Super-)LHCb i SuperBelle

Oddziaływania skalarne: Bs+-

Sensitivity Comparison ~2020

Super-LHCb 100 fb-1 vs

Super-B factory 50 ab-1

(pre

limin

ary)

Bs

comm

on

•LHCb

•Super B

sin(2s)

Dłu

ga

list

a w

ażn

ych

po

mia

rów

A.Bożek25

30.05.2008

PODSUMOWANIEPODSUMOWANIE niewielkie (<4.5) odstępstwa od MS zaobserwowano w hadronowych rozpadach z przejściem bs;

radiacyjne i półleptonowe rozpady B z przejściem bs zgodne z MS silne ograniczenia na parametry SUSY;

rozstrzygające wyniki z LHCb i SuperBelle.

NP@ LHC

NO NP@ LHC

NO NP@ B

NP@ B flavour structure of NP flavour structure of NP

flavour structure of NP

flavour structure of NP flavour structure of NP

discrete symmetry in NP

discrete symmetry in NP

A.Bożek26

30.05.2008

b b s sqq pomiar polaryzacjiqq pomiar polaryzacji

A.Bożek27

30.05.2008

b b s sqq pomiar polaryzacjiqq pomiar polaryzacji