Nowości w fizyce zapachu Jolanta Brodzicka (IFJ PAN, Kraków) XLI Zjazd Fizyków Polskich, Lublin 2011

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011 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" Lublin 2011

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 Odziaływania 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" Lublin 2011

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) Procesy elektrosłabe: prądy naładowane i prądy neutralne Prądy neutralne ze zmianą zapachu (FCNC) : tylko w diagramach pętlowych (mechanizm GIM) qi (u,c,t) W+ VCKM ij qj (d,s,b) qi Z-γ δ ij qj b→d, b→s FCNC J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011

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" Lublin 2011

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 F izykę: do ~1TeV jesli łamanie zapachu opisane przez sprzężenia Yukawy (MFV), do ~10-100TeV jeśli wzmocnione Pomiar korelacji między obserwablami  identyfikacja Nowej Fizyki Komplementarne metody: Pośrednia: konieczna precyzja Bezpośrednia (w LHC): konieczna energia Model Standardowy Nowa Fizyka J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011

Test DNA modeli → identyfikacja Nowej Fizyki Wkład od Nowej Fizyki: duży umiarkowany mały arXiv: 0909.1333 Obserwable ↓ Modele → J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011

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" Lublin 2011

Odchylenia od Modelu Standardowego? Precyzja pomiarów ~10%  miejsce na Nową Fizykę Napięcia między pomiarami np. BF(B→τυ) , sin2β Rozbiezność ~2.5σ pomiędzy pomiarami sin2β i BR(B →τυ), a pozostałymi obserwablami J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011

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→μμ CDF, DØ, LHCb J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011

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) Parametryzacji Nowej Fizyki J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011

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  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" Lublin 2011

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011 βs w Bs→J/ψφ J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011 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 J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011 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 Aby porównać z mierzonymi asymetriami rozpadów półleptonowych Zgodność z innymi pomiarami, odchylenie 3.9σ od MS Rozpad półleptonowy Mieszanie→rozpad półleptonowy J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011 Asymetria dwumionów Związek z Nową Fizyką w mieszaniu Bs0? Plan LHCb: Pomiar róznicy asymetrii dla: J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011 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" Lublin 2011

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011 B→ τν, metoda B→τν signal J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011 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" Lublin 2011

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011 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 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 J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011 Bd,s→μ+μ- Bardzo rzadki, dobrze policzony, b. czuły na NF  Idealny do dyskryminacji modeli/parametrów Np. model NUHM (uogólniony CMSSM) Pomiary, początek 2011: J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011 Bd,s→μ+μ-, nowe pomiary CDF, 7/fb: zwiększona akceptancja (Central+Forward dimuon triggers) , lepsza sieć neuronowa (NN). 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 LHCb 37→300/pb M(μμ) Bs→μ+μ- M(μμ) J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011 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" Lublin 2011

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011 Backups J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011

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: Potrzebne precyzyjne pomiary wielu obserwabli Potrzebna precyzyjna teoria/modele Pomiar korelacji między obserwablami  identyfikacja Nowej Fizyki Korelacje pomiedzy posrednimi i bezposrednimi pomiarami Brak sygnałów Nowej Fizyki w procesach FCNC: poważne implikacje dla fizyki zapachu w skali 1TeV J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011 βs w Bs→J/ψφ Bullet kooten slides at LP J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011 βs Bullet J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011

Nowa Fizyka w mieszaniu Bs0-Bs0? J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011 Dileptons Bullet J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011 DCPV B→Kπ, puzzle J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011

Bd,s→μ+μ-, nowy pomiar LHCb J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011 Trójkąty Unitarne J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011 Oscylacje mezonów J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011

J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011 Nowa Fizyka J.Brodzicka "Fizyka zapachu" Lublin 2011