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IFAE, TORINO 15 aprile 2004 Lorenzo Vitale 1
Misure dell’angolo della matrice CKM in BaBar e
BELLELorenzo Vitale
Università e INFN Trieste
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IFAE, TORINO 15 aprile 2004 Lorenzo Vitale 2
Outline
• Breve introduzione• Rassegna risultati nelle tre categorie di
dec.• Novità rilevanti conf. invernali (da BaBar):
1. Segno di da J/K* (K* KS0) 2. Test MS coi canali dominati dai pinguini– B0 K0 (KL nuova)– B0 →K+K-KS
– B0→KS
– B0→K– B0→f0(980)KS
• Conclusioni
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IFAE, TORINO 15 aprile 2004 Lorenzo Vitale 3
Introduzione
z(CP)z(tag)
STADIO 1: Inclusive tag (lepton, K, …): tag(1-2w)2 29%
00)4( BBsee
ctagzCPz
t)()(
STADIO 2 Ric. autostato CPrec 1540%
28.0;nb1 had
bbbb
< z > 260 mz (RMS) 190 m
B factory asimmetriche ottimizzate per misure dipendenti dal tempo delle asimmetrie che violano CP nei decadimenti B0 in autostati di CP
STADIO 3 t da z
Luminosità integrate: ~190 fb-1 BaBar e 220 fb-1 BELLERisultati presentati: 110 (81) fb-1 BaBar e 140 fb-1 BELLE
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IFAE, TORINO 15 aprile 2004 Lorenzo Vitale 4
Parametrizzazione Asimmetrie CP(t)
CPV nell’interferenza mixing-decadimento CPV diretta
f±(t) exp(–|t|/B) ( 1 ± D (S sin(mt) - C cos(mt)) ) R
2
2
21
1
1
2
CSB0
B0
fCP
Autostato CP
Mi
tdtb
tdtb eVV
VV
p
q 2
*
*
Rapporto ampiezze B0fcp/B0fcp
B mixing
D diluizione mis-tagR risoluzione temporale
Misurati dai dati
)sin()cos(
))(())((
))(())(()(
00
00
mtSmtC
ftBNftBN
ftBNftBNtA
ff
CP
Nel caso più semplice con 1 sola ampiezza :• Cf = 0• Sf = Im λ =-f sin 2β
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IFAE, TORINO 15 aprile 2004 Lorenzo Vitale 5
Modi di decadimento per misurare sin2
b ccs Golden ModesJ/ KS, J/ KL, J/ K*, charmonio : MISURE PRECISIONE
b ccd Cabibbo-soppressi con possibile contaminazione diagrammi a pinguinoD(*)D(*), J/0 CONSISTENZA NEL MS
b sss, sdd Dominati dai diagrammi a pinguinoK0, K+K-KS , f0K0, ’K0 , 0 K0, K* PIÙ SENSIBILI A NUOVA FISICA
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IFAE, TORINO 15 aprile 2004 Lorenzo Vitale 6
Decadimenti Vettore-Vettore
J/ 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)
… ma anche ricchi di ulteriori aspetti
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Misure CP(t) in b→ccs
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IFAE, TORINO 15 aprile 2004 Lorenzo Vitale 8
“Golden Modes”
• “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/ KS:
– Anche ’KS, c1 KS, c KS (CP = -1) – J/ KL (CP = +1)– J/ K*0 (Mixed CP)
b
d
d
W cc
s
0B /J
0K0K0B
b
dW
s
d
c
cg
u,c,t
/J
Diagramma albero:(contributo dominante) Diagramma(i) pinguino:
(possibile piccolo contributo)
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IFAE, TORINO 15 aprile 2004 Lorenzo Vitale 9
sin2 : risultati
Negli ultimi anni sin2 misurato con accuratezza crescente nel charmonioBaBar PRL 89, 201802 (2002)
81fb-1
0.741 ± 0.067(stat) ± 0.034(syst)
limitato ancora da statistica 0.043 non aggiornato da LP2003
BELLE CONF-0353 (LP’03) 140 fb-1
0.733 ± 0.057(stat) ± 0.028(syst)
MEDIA charmonio HFAG:
sin2 = 0.736 ± 0.049
Nel piano una delle 4soluzioni per è in buon accordo con le altre misure del triangolo di unitarietà
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IFAE, TORINO 15 aprile 2004 Lorenzo Vitale 10
Novità dal charmonio B0 J/K* (K* KS0)
Si può ridurre ambiguità su misurando il segno di cos2. BaBar: nuovo metodo e prima misura con eventi J/K* • Il contenuto CP del decadimento
Scalare→Vettore Vettore B0→J/K*0(892) é sia pari-dispari
• Cos2 compare dall’interferenza CP-pari CP-dispari nelle osservabili:
• 0,||,: fasi forti nelle ampiezze di decadimento:
||,,0;e iAA iiii
• Le fasi forti possono essere misurate con tutti i decadimenti neutri e carichi B→J/, a meno di una doppia ambiguità:
• Ambiguità che si può rompere studiando l’intensità relativa onda dominante p e onda s del K* in funzione di m(KS0)
2coscos
2coscos
0
||
00||
00||
,
,
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IFAE, TORINO 15 aprile 2004 Lorenzo Vitale 11
BaBar: misura del segno di cos2
PRELIMIN
ARY !!!
cos2 misurato mediante analisi angolare CP(t) del campione B0→J/(KS)*0 (solo 104 eventi taggati in 82 fb-1 )– Il fit con sin2libero:
– Fit con sin2 = 0.731:• Assumendo che sin2 e
cos2 vengano dallo stesso angolo 2, simulando 2000 toy MC:
Si escluderebbe cos2
sin220.68 @ 89% CL
57.010.02sin
)syst(27.0)stat(32.32cos 76.096.0
27.072.22cos 50.079.0
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Misure CP(t) in bccd
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IFAE, TORINO 15 aprile 2004 Lorenzo Vitale 13
Modi Cabibbo-soppressi
b
d d
Wccd )(D
)(D0B0B
t,c,ub
dd
W
d
)(D
c
cg
)(D
B0 D(*)D(*) e B0 J/0 :Cabibbo soppressi livello albero
Albero misura sin2 dalla transizione bccd(consistenza con J/ψKS,L )
Pinguini sono previsti O(<10%) nel MSma potrebbero essere aumentati da nuova fisica
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Analisi angolare CP(t) in D*+D*-
BaBar PRL (hep-ex/0306052)
120 eventi taggati con 81fb-1
Im = 0.05 0.29 0.10
= 0.75 0.19 0.02
t (ps)
f±(θtr,t) exp(–|t|/B) {G(i,K;θtr) ±
[S(i,K;θtr) sin(mt) – C(i,K;θtr)cos(mt)] }K = 1 – 2R┴ angular dilution
R = 0.063 0.055 0.009Quasi completamente CP-pari
Consistenza rispetto al charmonio a livello di 2.5σ
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B0 J/0
40 eventiin 82 fb-1
SJ/ = 0.05 ± 0.49(stat) ± 0.16(syst)
CJ/ = 0.38 ± 0.41(stat) ± 0.09(syst)
PRL91, 061802 (2003)
BELLE preliminare
103 eventiin 140 fb-1
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Riassunto risultati
2
2
21
1
1
2
CS
Complessivamente in questi modi c’è quindi una discreta consistenza col charmonio
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IFAE, TORINO 15 aprile 2004 Lorenzo Vitale 17
Misure CP(t) in bsss (sdd)
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IFAE, TORINO 15 aprile 2004 Lorenzo Vitale 18
Modi dominati dai pinguini
• In visione “naive”:– C=0
– S=-f.sin2
• GRANDE INTERESSE HANNO DESTATO RECENTEMENTE LE MISURE PUBBLICATE DA BELLE
• I modi dominati dai pinguini, ad es. B0→K0,
sono sensibili a nuova fisica attraverso il loop.
• Anche qui si misura un valore sin2eff che può differire da sin2 nel MS al più di 0.2-0.4, a seconda del modo
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IFAE, TORINO 15 aprile 2004 Lorenzo Vitale 19
Risultati BELLE, PRL 91, 261602 (2003)
Interpretato da BELLE come evidenza di nuova fisica
CP dispari
CP pari
CP dispari
Modo S C
B0 KS-0.96 ± 0.50 +0.09 0.15 ± 0.29 ±
0.07
B0 K+K-KS -0.51 ± 0.26 ± 0.05+0.18
0.17 ± 0.16 ± 0.04
B0 ’K0 +0.43 ± 0.27 ± 0.05 0.01 ± 0.16 ± 0.04
-0.11
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IFAE, TORINO 15 aprile 2004 Lorenzo Vitale 20
BABAR
BABARB0→KL
B0→KS
asymmetry
asymmetry
tag0B
tag0B
tag0B
tag0B
BaBar B0→KS; B0→KL (nuovo)
• Nel MS, misura:~ +sin2, per B0→KS
~ -sin2, per B0→KL
)syst(10.0)stat(33.010.0
)syst()stat(34.047.0
0
008.006.0
K
K
C
S
L=108fb-1
B0→KS
70±9 eventi
BABAR B0→KL
52±16 eventi
BaBar consistente col MS e 2.4 da BELLE
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IFAE, TORINO 15 aprile 2004 Lorenzo Vitale 21
BaBar B0→K+K-KS; B+→K+KSKS
• Decadimento a 3 corpi B0→K+K-KS
(esludendo eventi B0→K0);
• Si misurano anche i BR per determinare la frazione CP-dispari, attraverso le relazioni di simmetria di isospin [Belle PRD69, 012001 (2004)]:
)(
)(200
00
KKKB
KKKBf SSeven
B0→K+K-KS201±16 eventi
B+→K+KSKS122±14 eventi
BABAR
L=111fb-1
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IFAE, TORINO 15 aprile 2004 Lorenzo Vitale 22
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;
• Quindi S~–sin2
BABAR tag0B
tag0B
asymmetry
)syst(09.0)stat(19.010.0
)()syst(04.0)stat(25.056.0
0
00
17.0
S
S
KKK
evenKKK
C
fS
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IFAE, TORINO 15 aprile 2004 Lorenzo Vitale 23
BaBar B0→0KS
• Misura S~sin2 nel MS;
• La direzione del KS usata per determinare il vertice del B0:– Vincolo in x-y del beam-spot;
BABAR
BABAR
L=113 fb-1
122±16 events
tag0B
tag0B
asymmetry
)syst(10.0)stat(40.0
)syst(11.0)stat(48.0
27.028.0
38.047.0
00
00
S
S
K
K
C
S
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IFAE, TORINO 15 aprile 2004 Lorenzo Vitale 24
BaBar B0→K*K* KS0)
•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 S0•Tecnica ricostruzione vertice simile a B0→0KS
validata in entrambe le analisi con
–B0→J/KS e B+→+KS, ignorando J/ o +
–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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IFAE, TORINO 15 aprile 2004 Lorenzo Vitale 25
B0→f0(980)KS
→
• 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:
2sin00
SKf
S
Analisi Quasi 2-body :Si taglia sul Dalitz plot per ridurre contributi da 0 e f0(1370)
BABARL=111fb-1
94±14(stat)±6(syst) evts
TotalContinuumAll bgk.
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IFAE, TORINO 15 aprile 2004 Lorenzo Vitale 26
CP fit of B0→f0(980)KS
• Consistency check: fit dello spettro di massa +- con Breit-Wigner relativistica
• Risultati del fit CP :
tag0B
tag0B
asymmetry
BABAR
)syst(12.0)stat(36.027.0
)syst(10.0)stat(62.1
00
00
56.051.0
S
S
Kf
Kf
C
S
TotalContinuumAll bgk.
L=111fb-1BABAR Total
ContinuumAll bgk.
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IFAE, TORINO 15 aprile 2004 Lorenzo Vitale 27
Riassumendo
BaBar vs. BELLE
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IFAE, TORINO 15 aprile 2004 Lorenzo Vitale 28
CONCLUSIONI
• sin2misurato con precisione nel charmonio
• Segno di da J/K* (K* KS0) • 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 KS
– Media delle misure non charmonio