Nowości w fizyce zapachu

Prezentacja na temat: "Nowości w fizyce zapachu"— Zapis prezentacji:

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

2 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

3 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

4 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

5 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

6 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

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

8 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

9 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

10 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

11 Nowa Fizyka w mieszaniu Bd0-Bd0?
Złoty rozpad, Fabryki-B Łamanie CP poprzez interferencję diagramów z mieszaniem i bez sin2βexp~ 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

12 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

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

14 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

15 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

16 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

17 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

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

19 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

20 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

21 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

22 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

23 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

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

25 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

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

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

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

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

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

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

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

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

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