Nowe wyniki w fizyce zapachu Jolanta Brodzicka (IFJ PAN, Kraków)

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" 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 J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

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 Oddziaływania Yukawy: źródło mas i mieszania pomiędzy fermionami Diagonalizacja sprzężeń Yukawy (macierzy masy Mij=Yij<φ0>)  macierze mieszania kwarków (CKM) i neutrin (MNS) J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

Struktura zapachu (kwarki) 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) Rola macierzy CKM w procesach elektrosłabych prądy naładowane prądy neutralne Prądy neutralne ze zmianą zapachu (FCNC) : tylko w diagramach pętlowych (mechanizm GIM) b→d, b→s FCNC qi (u,c,t) W+ VCKM ij qj (d,s,b) qi Z-γ δ ij qj J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

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 J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

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 Fizykę: do ~1TeV jesli łamanie zapachu opisane przez sprzężenia Yukawy (MFV), do ~10-100TeV jeśli łamanie zapachu wzmocnione Komplementarne metody: Pośrednia: konieczna precyzja Bezpośrednia (w LHC): konieczna energia Model Standardowy Nowa Fizyka J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

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: Pomiar korelacji między obserwablami  identyfikacja Nowej Fizyki Potrzebne precyzyjne pomiary wielu obserwabli Potrzebna precyzyjna teoria/modele Korelacje pomiędzy pośrednimi i bezpośrednimi pomiarami Brak sygnałów Nowej Fizyki w procesach FCNC: poważne implikacje dla fizyki zapachu w skali 1TeV J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

Test DNA modeli → identyfikacja Nowej Fizyki Wkład od Nowej Fizyki: duży umiarkowany mały arXiv: 0909.1333 Obserwable ↓ Modele → J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

Pomiary vs przewidywania MS α γ β 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 2001 Input: Output: 2011 J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

Odchylenia od Modelu Standardowego? Precyzja pomiarów ~10%  miejsce na Nową Fizykę Napięcia między pomiarami np. BF(B→τυ) , sin2β Rozbieżność ~2.5σ pomiędzy pomiarami sin2β i BR(B →τυ), a pozostałymi obserwablami J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

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→μ+μ- CDF, DØ, LHCb J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

Nowa Fizyka w mieszaniu Bd0-Bd0? Złoty rozpad, Fabryki-B Łamanie CP poprzez interferencję diagramów z mieszaniem i bez sin2βexp~ 0.67 vs. sin2βSM~0.8 Dodatkowa faza w mieszaniu Bd0-Bd0?  sin2βexp = sin(2βSM+ɸdNP) ɸdNP~-13±3° Korelacje: ɸdNP w modelu 2HDM z MFV  zwiększenie: sin2βs w Bs→J/ψφ, |εK|i BF(Bd,s→μμ) ɸdNP 1σ,2σ,3σ ~3σ effect Parametryzacja Nowej Fizyki J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

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 zależna od czasu  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 J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" βs w Bs→J/ψφ J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" βs w Bs→J/ψφ LHCb: 36/pb → 337/pb update 337/pb SM Pierwsza ewidencja ΔΓs (4σ) J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" 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 -2βs w Bs→J/ψφ J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Asymetria dwumionów Łamanie CP w mieszaniu: Bd,s0→Bd,s0 ≠ Bd,s0→Bd,s0 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 Porówanie z asymetriami w rozpadach półleptonowych (łamanie CP w mieszaniu) Zgodność z innymi pomiarami, odchylenie 3.9σ od MS Rozpad półleptonowy Mieszanie→rozpad półleptonowy Ab=0.56+-0.05% before corrections J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Asymetria dwumionów Związek z Nową Fizyką w mieszaniu Bs0? Plan LHCb: Pomiar róznicy asymetrii dla: Oszacowania błędów systematycznych? J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" 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±?  ograniczenia na parametry NF J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" B→ τν, metoda B→τν signal J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Zagadka B→Kπ Belle, Nature 452, 332 (2008) 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 J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" 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 (1D) 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 Backward Forward __ SM __ SUSY 310/pb J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Bd,s→μ+μ- SM Bardzo rzadki (FCNC, tłumienie helicity) dobrze policzony, bardzo czuły na NF  Idealny do dyskryminacji modeli i ich parametrów Np. model NUHM (uogólniony CMSSM) Pomiary, początek 2011: J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Bd,s→μ+μ-, nowe pomiary CDF, 7/fb: zwiększona akceptancja (Central+Forward dimuon triggers) , lepsza sieć neuronowa (NN), 14 zmiennych. 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 M(μμ) Bs→μ+μ- M(μμ) J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Bd,s→μ+μ-, nowe pomiary LHCb 37→300/pb: BoostedDecisionTree (BDT): 9 zmiennych kinematycznych i topologicznych. Kalibracja: B→hh, normalizacja: B→J/ψK, Bs→J/ψ φ Analiza M(μ μ) vs. BDT output Plan LHCb dla 1.1/fb (koniec 2011): wykluczenie (95%CL) Bs→μμ z BR~7-8x10-9 lub ewidencja (3σ) dla BR~8x10-9 M(μ μ) J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" 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 J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Backups J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Backups J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" βs w Bs→J/ψφ Bullet kooten slides at LP J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" βs Bullet J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

Nowa Fizyka w mieszaniu Bs0-Bs0? J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Dileptons Bullet J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" DCPV B→Kπ, puzzle M. Gronau, PLB627, 82 (2005); D. Atwood, A. Soni, PRD58, 036005 (1998) J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

Bd,s→μ+μ-, nowy pomiar LHCb J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Trójkąty Unitarne J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Oscylacje mezonów J.Brodzicka "Fizyka zapachu"

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Nowa Fizyka J.Brodzicka "Fizyka zapachu"