FABRYKI B DZIŚ I JUTRO FABRYKI B DZIŚ I JUTRO Maria Różańska – IFJ PAN 10 listopada 2006

FABRYKI B hh bb + X TEVATRON ( bb )/ tot ~ 10 -4, 10 9 BB/rok LHC ( bb )/ tot ~ 10 -2, BB/rok hh bb + X TEVATRON ( bb )/ tot ~ 10 -4, 10 9 BB/rok LHC ( bb )/ tot ~ 10 -2, BB/rok e + e - (4S) BB ( BB )/ tot ~ 0.25 ~3x BB/rok (od 1986)

Fabryki B czy zderzenia hadronów pp (2TeV) bb + X B 0 J/ K s (4S) BB bez dodatkowych cząstek !!!

~3MeV/c 2 ~10MeV znamy energię B/B Obszar sygnału E M bc FABRYKI B CZY ZDERZENIA HADRONÓW rekonstrukcja jednego B wyznacza czteropęd i liczby kwantowe drugiego z nich W fabrykach B pary BB powstają bez dodatkowych cząstek

PEP-II w SLAC-u KEKB w KEK-u Belle BaBar 9GeV (e - ) 3.1GeV (e + ) świetlność: cm -2 s -1 PEP-II i KEKB 8GeV (e - ) 3.5GeV (e + ) świetlność: cm -2 s -1 rekord świata 11 krajów, 80 instytutów, 623 osoby 13 krajów, 57 instytutów, ~400 osób

Scałkowane świetlności KEKB i PEP-II PEP-II BaBar 24 lipca, 2006 KEKB Belle KEKB + PEP-II Świetlności znacznie przekraczają założenia obu projektów ~ miliard par BB

PROGRAM FIZYCZNY FABRYK B 1.Łamanie CP w rozpadach B 2.Parametry Modelu Standardowego (zespolone sprzężenia kwarków) 3.Poszukiwanie efektów nowej fizyki 4.Spektroskopia powabu 5.Fizyka 1.Łamanie CP w rozpadach B 2.Parametry Modelu Standardowego (zespolone sprzężenia kwarków) 3.Poszukiwanie efektów nowej fizyki 4.Spektroskopia powabu 5.Fizyka (0,0)(0,1) W±W± qiqi qjqj V ij Macierz CKM Cabibby-Kobayashiego- Maskawy φ1(β)φ1(β) φ 3 ( ) φ2(α)φ2(α) TRÓJKĄT UNITARNOŚCI nadokreślony poprzez pomiary z fabryk B _ _ (ρ, η) Belle + BaBar ~ 500 publikacji, 180 w Phys. Rev. Lett. >12000 cytowań Belle + BaBar ~ 500 publikacji, 180 w Phys. Rev. Lett. >12000 cytowań

Br(K 0 L ) Niezachowanie symetrii CP (CPV) 1964 (K 0 L l + - ) - (K 0 L l - + ) (K 0 L l + - ) + (K 0 L l - + ) Bezwzględna różnica między materią i antymaterią !

Mechanizm Kobayashiego-Maskawy (KM) CPV Nieredukowalna faza w Lagrangianie s G F sin C u d u G F cos C Makoto Kobayashi Toshihide Maskawa 1973 C kąt Cabibby C 12, 23, 13, e -i e -i β d u s d u s ?? ? ?

OBSERWACJA FAZY MACIERZY CKM B f Co najmniej dwie amplitudy: porównywalnej wielkości efekty znacznie słabsze gdy A 2 << A 1

lipiec 2004 CPV w rozpadach 275M BB B 0 K _ B 0 K A CP = A CP = ( B 0 K - + ) = (B 0 K + - ) ? b W-W- u d s u b W-W- s d u u d V ub t

ASYMETRIE CP ZALEŻNE OD CZASU (tCPV) b c d c s d J/ KSKS b d c KSKS b c s ddt t + V td trzeba poczekać (t 0) żeby mieć wkład drugiej amplitudy B 0 f CP B 0 f CP B0B0B0B0

t =0 Jak mierzyć d /dt B 0 (4S) The two mesons oscillate coherently : at any given time, if one is a B 0 the other is necessarily a B 0 In this example, the tag- side meson decays first. It decays semi-leptonically and the charge of the lepton gives the flavour of the tag-side meson : l = B 0 l = B 0. Kaon tags also used. tag B 0 l (e-, -) =0.425 z = t c rec t picoseconds later, the B 0 (or perhaps it is now a B 0 ) decays. B 0 At t=0 we know this meson is B 0 from Richard Kass

B 0 J/ K 0 : par BB B 0 J/ K S B 0 J/ K L N sig = 7482 Purity 97 % CP odd N sig = 6512 Purity 59 % CP even 00 hep-ex/

B 0 J/ K S B 0 tag _ 0 B 0 J/ K L B 0 tag _ 0 A CP ( t) = - CP sin2βsin m t sin2β= ±0.038sin2β= ±0.057 hep-ex/ sin2β= ±0.031 (stat) ±0.017 (syst)

2006: BaBar + Belle CPV ~O(1) ! faza CKM wyznaczona bez niepewności hadronowych (w przeciwieństwie do ε, ε z rozpadów kaonów) TRÓJKĄT UNITARNOŚCI / 3 = [ 62 ] / 2 = [ 83 ] (1 ) B 0,, B D (*) K (*)

sin2 =0.764± pośredni pomiar (pozostałe pomiary bez sin2 ) sin2 =0.764± pośredni pomiar (pozostałe pomiary bez sin2 ) sin2 =0.675±0.026 bezpośrednie pomiary sin2 =0.675±0.026 bezpośrednie pomiary SM Fit UTfit collaboration: hep-ph/ sin2 vs |V ub |/|V cb | |V ub 7.4% Exp. stat 2.2% Exp. syst 2.7% Teor. (SF) 4.1% Teor. (inne) ~5%

Czego się dowiedzieliśmy ? Zaobserwowano różne przejawy łamania CP w rozpadach B, przewidywane przez mechanizm Kobayashiego-Maskawy –łamanie CP wprost –łamanie CP poprzez interferencję mieszania i rozpadów Asymetrie CP w sektorze B są duże ( O (0.1) O (1)) –duża wartość fazy odpowiedzialna za CPV ustalona doświadczalnie –przybliżona symetria CP (mogła być zgodna z CPV w rozpadach kaonów) jest wykluczona Pomiary z fabryk B nadokreślają Trójkąt Unitarności Model łamania CP Kobayashiego-Maskawy jest sprawdzoną teorią Zaobserwowano różne przejawy łamania CP w rozpadach B, przewidywane przez mechanizm Kobayashiego-Maskawy –łamanie CP wprost –łamanie CP poprzez interferencję mieszania i rozpadów Asymetrie CP w sektorze B są duże ( O (0.1) O (1)) –duża wartość fazy odpowiedzialna za CPV ustalona doświadczalnie –przybliżona symetria CP (mogła być zgodna z CPV w rozpadach kaonów) jest wykluczona Pomiary z fabryk B nadokreślają Trójkąt Unitarności Model łamania CP Kobayashiego-Maskawy jest sprawdzoną teorią

Rzadkie rozpady B Czy możemy zaobserwować? Czy możemy wykluczyć? MSMSNF?NF? Poszukiwanie efektów spoza Modelu Standardowego;

A CP (B K ) A CP (B 0 K + - ) = A CP (B + K + 0 ) = niezgodność z A CP (B 0 K + - ) 4.9 Czy niezgdność z MS ? B+B+ B+B+ u u u u

1.Uprościć np. A CP ( t) w rozpadach z przejściem b s ( K, K,…) 2.Unikać hadronów rozpady leptonowe, półleptonowe, radiacyjne B, B, B D b s, B (,ω), b sll 3.Jedno i drugie A CP w b s A FB w B K*ll Jak się pozbyć niepewności hadronowych

pierwsza obserwacja tCPV (5.6 w pojedynczym kanale b s _ 535M BB A CP (t) w B 0 'K 0 _ 347M BB

2006: sin2 z rozpadów b s Smaller than b ccs in all of 9 modes Smaller than b ccs in all of 9 modes Theory tends to predict positive shifts (originating from phase in V ts ) Naïve average of all b s modes sin2 eff = 0.52 ± deviation between penguin and tree (b s) (b c) Naïve average of all b s modes sin2 eff = 0.52 ± deviation between penguin and tree (b s) (b c) M. Hazumi ICHEP06

A CP ( t) B X s Model Standardowy A CP ( t) 0 –foton jest spolaryzowany B 0 s L, B 0 s R stany końcowe różne dla B 0 i B 0 B 0 s L tłumione ~m s /m b A CP (t) potrzebny wierzchołek rozpadu B C7C7 mbmb mbmb msms msms trajektoria K s IP B vertex pomiar dla super-fabryk B profil wiązki A CP ( t)

H+H+ B Diagram anihilacyjny W Modelu Standardowym: Br( )=1.6x10 -4 Br( )=7.1x10 -7 Br(e )=1.7x f B – stała rozpadu B Rozpady leptonowe B Penguin Box Annihilation Wiele różnych procesów

Stany końcowe z neutrinami Pełna rekonstrukcja jednego z dwóch B (B tag ) pozostałe cząstki pochodzą z rozpadu drugiego B (B sig ) znamy ładunek/zapach B sig znamy pęd B sig Υ(4S) e (8GeV) e+(3.5GeV) B B w pełni zrekonstruowany rozpad B (0.1~0.3%) B D etc. Badany rozpad B X u l, B K B D, Narzędzie do badania rozpadów B z neutrinami, do pomiarów inkluzywnych

B B + D 0 + K K B - - B - - e - e e - e

Pierwsza ewidencja rozpadu B Signal + background Background B Signal 17.2 przypadków w obszarze sygnału : statystyczna znaczącość E ECL - energia w kalorymetrze nie wykorzystana w rekonstrukcji przypadku

Ograniczenia na naładowany bozon Higgsa HPQCD f B HFAG |V ub | Te obszary są wykluczone. Silniejsze ograniczenia niż z ekspeymentów przy wyższych energiach.

B K (*). Czyste teoretycznie, czułe na Nową Fizykę Bardzo trudne eksperymentalnie. Sygnatura: B K (*) + nic. Przewidywanie MS Br ~ 4x B tag z rozpadów hadronowych i półleptonowych -1 B tag z rozpadów hadronowych

Obserwacja b d Fabryki B dzisiaj Obserwacja B K l + l - tCPV w rozpadach B 0 pierwsze pomiary tCPV w B-> K 0 A CP B 0 K + A FB B K* l + l - Ewidencja B DIR 5 A CP (t) w B-> K 0 Obserwacja b d

DsDs b ccc q csq b c q csq e e e e BABAR Belle D sJ (2317) D sJ (2458) X(3872) Y(3940) Y(4260) Z(3930) continuum ISR B decays Nowe cząstki z powabem Picture: R. Faccini, DOE review 2005 Fabryki B dzisiaj produkcja i rozpady cząstek z kwarkiem c e + e - cc rozpady B rozpady leptonów e + e ~500 M D, c, X K

Co dalej ? Precyzyjne pomiary przy niskich energiach Nowe fazy łamiące CP ? Prądy prawoskrętne ? Efekty dodatkowych pól Higgsa ? …… Precyzyjne pomiary przy niskich energiach Nowe fazy łamiące CP ? Prądy prawoskrętne ? Efekty dodatkowych pól Higgsa ? …… Nowa TeV 2007 rusza LHC znaleziony Higgs (SM) i nic więcej poszukiwania Nowej Fizyki nadal poprzez niewielkie odchylenia od SM w rozpadach b, s, c, …. Przykład: Coraz dokładniejsze pomiary masy t z Tevatronu. Sprzężenia |V ts |, |V td, | i fazę (V td ) mierzymy w rozpadach B. V td Przykłady z historii: K L kwark c Częstość oscylacji K masa kwarku c Częstość oscylacji B masa kwarku t CPV 3 rodziny kwarków

Identyfikacja Nowej Fizyki Bd- unitarity m(Bs)B-> KsB->Ms indirect CP b->s direct CP mSUGRA SU(5)SUSY GUT + R (degenerate) SU(5)SUSY GUT + R (non- degenerate) U(2) Flavor symmetry : duże, +: znaczne, -: małe Observ- ables SUSY models Odchylenia od Modelu Standardowego DNA identification of new physics

SuperKEKB vs LHCb B(B s ) < 0.53×10 -4 (90% CL) < 2 fb -1 (3 dni (5s))

Crab crossing Crab cavity Super-KEKB można zbudować teraz!SuperKEKB Asymetryczny zderzacz e + e - - na bazie fabryki KEKB. świetlność cm -2 s BB /rok /rok. List intencyjny: Physics at Super B Factory hep-ex/ cykliczne konferencje i warsztaty Wyższe prądy, mniejsze y * wnęki kraba L = E CM =M( (4s)) –Naturalna kontynuacja KEKB –Technologie sprawdzo(a)ne przy KEKB HEP community in Japan is now discussing Grand Lepton Collider plan to accommodate both Super-KEKB and ILC.

Harmonogram Super KEKB Crab cavity 1.5x fb -1 5x ab -1 4x ab -1 L peak ( cm -2 s -1 ) L int 5x10 9 BB/yr. & also + - M. Yamauchi

źródło e + Ares RF cavity Detektor Belle świetlność: L = 1.6 x /cm 2 /sec SCC RF(HER) ARES(LER) The KEKB Collider 8 x 3.5 GeV 22 mrad kąt przecięcia wiązek ~1 km in diameter Mt. Tsukuba KEKB Belle od 1999 r.

B K (*). Czyste teoretycznie, czułe na Nową Fizykę Bardzo trudne eksperymentalnie. Sygnatura: B K (*) + nic. nic może być ciemną materią ( Pespelov et al.). DAMA NaI 3 Region CDMS 04 CDMS 05 Bezpośrednie poszukiwania ciemnej materii nieczułe w obszarze M<10GeV. Przewidywanie MS Br ~ 4x10 -6.