Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005
Das BELLE Experiment
• Das Experiment
• B-Physik : Ausgewählte Resultate
• Zukunftsperspektiven: Superbelle vs LHC
Gerhard LEDER Hephy ÖAW-Wien
~1 km in diameter
Mt. Tsukuba
KEKBBelle
KEK 高エネルギTokyo 東京
Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005
Lpeak=1.56 x1034cm-2sec-1
design=1034cm-2secKEKB Collidere-
8GeV
e+
3.5GeV
= 0.425
B-“Fabrik“(auf 4s Resonanz)
B-“Fabrik“(auf 4s Resonanz)
BBthreshold
BBSchwelle
Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005
Kontinuierliche InjektionKein Grund, Run zu unterbrechen
Immer bei ~max. Strömen, Luminosität~30% mehr L dt KEKB & PEP-II
HER Strom
LER Strom
kontinuierliche Injection (neu)normale Injektion (alt)
Luminosität
0 12 24Time
~1 fb-1/Tag ! (~1x106 BB)-
Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005
SVD
Der BELLE Detektor
Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005
Unterschied SVD1.6 und SVD2.0Rbeampipe
15 mm
Rlayer 1
20 mm
Routside
88 mm
6+12+18+18=54
LaddersSVD2
Rbeampipe
20 mm
Rlayer 1
30 mm
Routside
60 mm
8+10+14=32
Ladders SVD1
Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005
Wiener R/O & Trigger Elektronik
R-PHI Trigger
R-Z Trigger
24 input OR and
analog signal input from
VATA
2 x 18 FADCTF
Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005
B Zerfälle und das Standard Modell
Elektro-schwach
Hadronen
Quark NiveauQuark Niveau
EndzustandEndzustand QCD/LatticeNeue Resonanzen
QCD/LatticeNeue Resonanzen
b-Quarks sind schwer Vielfalt von Zerfallskanälen
Reiches Feld für fundamentale SM Parameter
1
2
3
Vtd Vtb
Vcd Vcb
Vud Vub*
*
*
Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005
B Zerfälle und “Neue” Physik
ExperimentelleMessung SM Vorhersagegleich?
Tieferes VerständnisTieferes VerständnisNeue Physik ?Neue Physik ?
JaNein
Wesentlich: ANP ~ ASM (klein/verboten)
b t s,dg,,Z
WPenguin
b x s,d+
Neue Teilchen, Phase
Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005
Kontinuums Unterdrückung
e+ e-
e+ e-
Signal B
Anderes B
Dominanter Untergrund für seltene Zerfälle:
Continuum
Jet-like
BB
sphärisch
e+e qq “Kontinuum” (~3x BB)
Zur Unterdrückung:Verwende “event shape” Variable
Continuum
Y (4S)
Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005
Die Standard Modell Physik bei BELLE
selbstkonsistent falls SM korrekt
Vtb*Vtd
Vcb*Vcd
Unitaritäts Dreieck
Vub*Vud
Vcb*Vcd
Vtb*Vtd
Vcb*Vcd
+ 1 + = 0
i i
{i=1,k=3}: Vub*Vud+Vcb*Vcd+Vtb*Vtd = 0 d s b
u Vud Vus Vub
c Vcd Vcs Vcb
t Vtd Vts Vtb
CKM-Matrix
1
i
0
BB00->ππ->ππBB00->->ππ
BB00->J/->J/KKss
BB00->->KKss
BB00->D->D((**) ) DD((**))BB00-> D*π-> D*πBB00->D*->D*B->DB->DCPCPKK
Vub*Vud
Vcb*Vcd
1
2
3
Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005
Penguin d
b
d
s/d
u
u
W
B0d -
+Vus/d
Vub
Tree
• Einfachster charmloser seltener Zerfall• Tree - Penguin Interferenz Direkte CP Verletzung
Wesentliche Vorhersage des Kobayashi-Maskawa Modells
Wesentliche Vorhersage des Kobayashi-Maskawa Modells
Verstehen des Penguin
_ _ (B f ) (B f ) _ _ (B f ) (B f )
ACP =
Anomalie (Neue Physik)
B0d
d
b
du
u
W
g +
-
Vts/dVtb
ts/d
Direkte CP-Verletzung:B K/
Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005
ACP(B0 K)
Evidenz für DCPV bei Belle auch bei [A() 3.2]
ACP = -0.101 0.025 0.005 [PID Effizienz Biaskorrektur: A = -0.01 0.004]
275M BB
3.9 Signifikanz
PRL93,191802(2004 )
B0 K _B0 K
Signal: 2140 53
Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005
„Goldener“ KanalPrinzip der Messung B-Flavour Tagging
t=1.6 ps z 200, 250 m
Exklusive B Meson Rekonstruction
/rec tagt t t z c
kohärente BB Produktion
sin2
m
B ΨKS,L
B ΨKS,L
Quark Übergang b ccs
Zeitabhängige CP Asymmetrie
Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005
•Indirekte CP Verletzung : Mixing und/oder•Tree - Penguin Interferenz sin21(bccs) = 0.685 0.032
B0
B0 B0
Vc
b
Vt
b
V*
V*Vtb
V*2
td
td
td
J/
J/
KS
KS
Vc
b
Neue Physik ?
Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005
Radiative und EW Penguins
• Br(b→s) ≈ 3.5×10
• Br(b→sl+l≈ em×Br(b→s) ≈ 10
• Neue Teilchen (via “loops”) können beträchtlichen Beitrag leisten zu Zerfallsraten und/oder Asymmetrien.
• Gutes Testfeld für SM und
”jenseits” SM.
b→s, sl+l Zerfälle via FCNC Box und Penguin Diagramme
b→s
b→sl+l
Zukünftige Untersuchungen:
NEU: b→d
Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005
K
D
D*
Mass- / Vertex fit
e+ e-3.5 GeV 8 GeV
K
KD*
D
e/µ
Neuartige Methode der Rekonstruktion
D0 inklusiv
zusätzliche primäreMesonen
Laurenz Widhalm
Analysen am HEPHY (eine herausgegriffen)
Vollständige Rekonstruktion
Siehe unser Poster bei ÖPG
Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005
q² Verteilung: Vergleich zu Lattice QCD Semileptonischer Formfaktor
D0 lD0 l D0 KlSemileptonische Zerfälle
CLEO PRL94,011802(2005)
lattice calc.pole model
Siehe unser Poster bei ÖPG
Resultate
Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005
LHC: Maximale Energie
BsDsK, B0D0K*0, B0BsKK, …
B0K* B0K*0l+l-, bsl+l-, Bs...
B0Ks, BsB0B0…
BsDs, … BsJBsJ(’)
Ein komplettes Program mit B Physik enthält:• Präzise Messung von B0
s-B0s Mixing:
ms, s und Phase s.
• Präzise Bestimmung von Prozessen nur bei “tree-level”, um mögliche NP-Beiträge herauszufiltern.
• Mehrere andere Messungen von CP Phasen in verschiedenen Kanälen um Unitaritätsdreieck überzubestimmen
• Riesiger bb WQ: bb~500 b @14 TeV (~1nb @(4S) )
• Zugang zu allen b-Hadronen: Bd,Bu, Bs, b-Baryonen und Bc
Vorteile von LHC:
• Suche nach Effekten der NP, die in seltenen exklusiven and inklusiven B Zerfällen auftritt
Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005
FCNC sind offensichtlich stark unterdrückt:Jede „Neue Physik“ im TeV-Bereich muss einen Mechanismus haben, der FCNC-Prozesse unterdrückt.Ausgeprägte Flavor-Struktur auch bei niederer Energie! Abweichungen vom SM in Flavor Physik suchen!Verschiedene SUSY-Modelle haben unterschiedliche Vorhersagen für „Zeitabhängige CP-Asymmetrien“,obwohl sie ähnliches Massenspektrumhaben können (etc.)
Die Sensitivität zukünftiger B-Experimente
Maximale Luminosität
Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005
KEKB Collider Upgrade Scenario
~1010 B mesons/year !!
& also +-Lpeak = 1.561034cm-2s-1
Ltot = 431fb-1 (May.14, 2005)
crabcavities
Major upgrade ofKEKB & Belle(>1yr shutdown)
world records !
1.5x1034
431 fb-1
~5x1034
~1 ab-1
~5x1035
~10 ab-1Lpeak (cm-2s-1)Lint
Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005
Zusammenfassung (1)
SM bisher überraschend selbst in Details erfüllt!Bestimmung der CKM-Matrix-Elemente im SM
Indirekte CP-Verletzung A(t) bestimmt mit hoher Präzision
sin21(bccs) = 0.685 0.032
Grosse Anstrengung auch die beiden anderen Winkel zu messen(2 und 3)Außerdem „Seitenlängen“ des Dreiecks: md und ms, sowieVub/Vcb etc.
sin21(bsqq) Bedeuten andere Werte für schon „neue Physik“ oder„nur“ Penguin-Beitrag ?
Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005
Zusammenfassung (2)
Beträchtliche Direkte CP-Verletzung (3.9 )
ACP (B0 K+ -) = -0.101 0.025 0.005
Asymmetrie Materie-Antimaterie im Universum ?
Molekül D*0D0 = 4 Quarkzustand oder konventionelle Erklärung?
Neues Gebiet: Ds- Spektroskopie etc.
BELLE ist bei vielen Gebieten an vorderster Front:
SUPERBELLE mit höherer Luminosität
Komplementarität : LHC Superbelle
Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005
Methoden um B Signal zu extrahieren:
1) Cut auf MB und Fit an ECut auf E und Fit an MB
3) Zwei-dimensionaler Fit an MB und E Verteilung4) Falls B->P1P2P3: Cut Eund
MB Box und suche resonante Strukturen in M(P1P2) Massen Verteilung.
Prozedur, um B Signal zu extrahieren
Zwei fast unabhängige VariableN MB undE können verwendet werden -->B Meson
MB = (Ebeam)2 – ( Pi)2
E = Ei - Ebeam
*
*
Verwende spezielle Kinematik des (4S)
Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005
Zeitabhängige CP Asymmetrie
0 0
0 0
( ) ( )( )
( ) ( )
sin cos
CPCP
CPCP
B fB fCP
B fB f
d d
t tA t
t t
m t m tS A
2
2
2
2Im( )
1
1)
1, ( CAS
2 ( )
( )Mi CP
CP
A B fe
A B f
• CP Verletzung zeigt sich aus Eigenzeit Differenz Verteilung von zwei B Meson Zerfällen
• Zeitabhängige CP Asymmetrie ACP ist:
•Standard Modell Vorhersage: S(ccs) = sin21, A(ccs) = 0
S(sss) = sin21, A(sss) = klein
Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005
Überblick: Background Zusammensetzung
Signal
nicht-D° bkg
hadronisch bkg, misidentifizierte K
Hadronisch bkg, misidentifzierte
bkg von D° Kl
bkg von D° K*lD° *l
D° eD° e D° D°
DATA DATA
Invariante Neutrinomasse2 Alle Cuts außer Neutrino- masscut
Invariante Neutrinomasse2 Alle Cuts außer Neutrino- masscut
Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005
Christoph Schwanda
Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005
Continuums Unterdrückung
To separate spherical BB events from jet-like continuum events, topological variables are used:
1) Second Fox-Wolfram moment2) Super Fox-Wolfram (six modified Fox-Wolfram
moments, Fisher discriminant)3) Angle between B meson and beam axis direction4) Angle between thrusts of selected B meson particles and
all other particles in event
Likelihood ratio includes all info.
Das BELLE Experiment: Resultate und Zukunftsperspektiven ÖPG-Fakt G.Leder 28.September 2005
• Rekonstruiere B J/K0 Zerfälle• Messe Eigenzeit Differenz: t • Bestimme flavor von Btag
• Berechne CP Asymmetry aus beiden t Verteilungen
Prinzip der Messung
e ee: 8.0 GeVe: 3.5 GeV
BCP
z
Btag
(4S) ~ 0.425
fCP (J/K0)fCP (J/K0)
z cB ~ 200 m
Flavor tagFlavor tag( )
z
ct
( )
z
ct
Top Related